01

故障現(xiàn)象

一臺(tái)Manitou工程機(jī)械，客戶反饋DEF（柴油機(jī)尾氣處理液）油箱即使加注到無法再加的狀態(tài)，設(shè)備仍顯示DEF 液位為空，系統(tǒng)中還存有故障代碼。由于這個(gè)DEF液位過低提示，整臺(tái)機(jī)器的功率被自動(dòng)降低，嚴(yán)重影響了正常作業(yè)。

面對(duì)這種情況，傳統(tǒng)維修思路通常是直接更換液位傳感器。但這個(gè)部件的價(jià)格高達(dá)上萬元，如果診斷錯(cuò)誤就會(huì)造成巨大損失。更關(guān)鍵的是，如何確保更換昂貴的部件真的能解決問題？

為此，我們將使用虹科Pico汽車示波器測(cè)量相關(guān)波形，排查故障的真正原因。

02

故障診斷

診斷思路確定

參考DEF液位傳感器工作原理手冊(cè)（如需源文件，可添加助教獲?。?/u>，DEF液位傳感器的液位數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸，遵循J1939標(biāo)準(zhǔn)，沒有終端電阻，標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率為250 kbit/s。

PicoScope 7 中自帶的J1939譯碼功能，可以幫助我們翻譯和分析CAN總線上的數(shù)據(jù)，并借助PGN（參數(shù)組編號(hào)）和ID進(jìn)行過濾。

根據(jù)技術(shù)文檔，液位傳感器使用的ID3是0xA3。ID3(source address）即指CAN J1939的ID源地址。有了這個(gè)關(guān)鍵信息，我們就可以使用譯碼功能來捕獲和分析相關(guān)數(shù)據(jù)。

注：文檔中的傳感器和Manitou上搭載的并不是同款，但J1939標(biāo)準(zhǔn)的DEF液位相關(guān)信息具有通用性。

總線譯碼與過濾

首先使用虹科Pico汽車示波器，采集到DEF液位傳感器所在的CAN總線的信號(hào)，并利用串行譯碼功能進(jìn)行J1939協(xié)議譯碼。譯碼結(jié)果如圖1所示：

圖1 J1939協(xié)議譯碼結(jié)果

如圖2，接下來進(jìn)行過濾。通過添加ID3為0xA3的過濾器，我們就可以去除我們不感興趣的數(shù)據(jù)，方法如下：

1.點(diǎn)擊譯碼結(jié)果上方的【添加過濾】按鈕，選擇您想要過濾的參數(shù)。

2.選擇【ID3】過濾。

3.操作符選擇默認(rèn)的【包含】。

4.參數(shù)輸入【A3】，即你希望軟件篩選的內(nèi)容，點(diǎn)擊【添加】。

圖2 添加ID3為0xA3的過濾器

如圖3，現(xiàn)在我們就排除了所有無關(guān)的數(shù)據(jù)，只關(guān)注液位傳感器發(fā)送的信息即可。

圖3 過濾后的數(shù)據(jù)

通過過濾，我們很快就發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)中包含多個(gè)不同的ID2（PGN），即參數(shù)組編號(hào)。如圖4，參考技術(shù)文檔，我們找到了液位相關(guān)的PGN編號(hào)。

圖4 技術(shù)文檔中液位傳感器相關(guān)的PGN編號(hào)

接下來，我們添加第二個(gè)過濾器，按PGN進(jìn)行過濾。

根據(jù)之前的技術(shù)資料，PGN是CAN消息ID中間的2個(gè)字節(jié)。在我們的案例中，FE56就是我們要找的液位PGN。

圖5 過濾出ID2（PGN）為FE56的數(shù)據(jù)

經(jīng)過兩層過濾后，只剩下2條報(bào)文了，現(xiàn)在處理起來就會(huì)輕松很多。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與分析

根據(jù)技術(shù)文檔的說明，DEF液位百分比信息從第0個(gè)字節(jié)開始，占用8位（即1個(gè)字節(jié)）。在我們采集的數(shù)據(jù)中，第一個(gè)數(shù)據(jù)包的這個(gè)字節(jié)值是11（十六進(jìn)制）。將十六進(jìn)制的11轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，得到17。

但這并不是最終的液位百分比，需要根據(jù)技術(shù)文檔提供的轉(zhuǎn)換公式進(jìn)行計(jì)算。文檔顯示，轉(zhuǎn)換需應(yīng)用0.4的縮放因子（圖4），沒有偏移量。

即DEF相對(duì)于油箱總?cè)萘康陌俜直葹椋?/p>

17 × 0.4 = 6.8%

但這里出現(xiàn)了一個(gè)問題：這個(gè)6.8%到底表示油箱實(shí)際油量占比，還是表示油箱剩余空間占比？考慮到儀表盤顯示液位為空，我們可以推測(cè)百分比越低，液位就越低。為了驗(yàn)證這個(gè)推測(cè)，我們還需要分析物理液位傳感器的數(shù)據(jù)。

物理液位測(cè)量可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，比如超聲波或浮子式來測(cè)量油箱底部到液面的高度。由于我們不確定Manitou使用的是哪種方式，所以我們將根據(jù)技術(shù)文檔中的信息進(jìn)行計(jì)算，以進(jìn)一步驗(yàn)證。

如圖6，根據(jù)文檔中的信息，物理液位數(shù)據(jù)的位長(zhǎng)度是16位（2個(gè)字節(jié)），起始位的位置是16。

圖6 技術(shù)文檔中的相關(guān)資料

圖7展示了總線數(shù)據(jù)中，前兩個(gè)字節(jié)的位位置（bit position）分配方式。物理液位數(shù)據(jù)的起始位置是16，這就意味著我們需要使用第3和第4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，其排布的邏輯和前兩位也是相同的。

圖7 位位置的分配方式

在我們的數(shù)據(jù)中，第3和第4字節(jié)是55 0F。根據(jù)J1939標(biāo)準(zhǔn)，我們需要將字節(jié)順序翻轉(zhuǎn)，變成0F 55，然后將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。即0F55 = 3925。再應(yīng)用技術(shù)文檔中的0.1縮放因子（圖6），可以得到：

3925 × 0.1 = 392.5mm

驗(yàn)證與對(duì)比

這個(gè)392.5mm（約40厘米）的讀數(shù)，是油箱底部到液面的距離，還是液面到油箱頂部的距離呢？已知故障機(jī)器的油箱是滿的，無論這個(gè)40cm指向哪一種情況，其實(shí)都說明了這個(gè)傳感器組件存在故障——這個(gè)是數(shù)據(jù)無論如何，都是錯(cuò)的。

但我們是否還能收集更多證據(jù)來證明這一點(diǎn)？有沒有辦法確定這個(gè)40cm究竟指向什么？

有的，方法也很簡(jiǎn)單，找一臺(tái)正常的設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證即可。

于是我們找到了一臺(tái)，沒有故障且DEF油箱在儀表盤上顯示為滿的機(jī)器。捕捉到其CAN總線數(shù)據(jù)，并使用同樣的方法進(jìn)行譯碼、過濾和計(jì)算：

第一個(gè)字節(jié)的十六進(jìn)制值是FA。使用相同的轉(zhuǎn)換方法：0xFA = 250（十進(jìn)制），250 × 0.4 = 100%。很顯然，這表明這個(gè)數(shù)值指向的是油箱實(shí)際油量占比。當(dāng)然這也驗(yàn)證了，我們的轉(zhuǎn)換方法是正確的。

對(duì)于物理液位數(shù)據(jù)，正常機(jī)器顯示的是4B 00，翻轉(zhuǎn)后變成004B，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制是75，再乘以0.1得到7.5mm。顯然，這指向的是液面到油箱頂部的距離。

圖8 正常機(jī)器的相關(guān)波形與譯碼結(jié)果

03

故障排除

通過一系列的數(shù)據(jù)分析和對(duì)比，我們有充分的證據(jù)證明：故障機(jī)器的液位傳感器讀數(shù)確實(shí)是錯(cuò)誤的。基于這個(gè)準(zhǔn)確的診斷結(jié)果，我們更換了液位傳感器，故障未再出現(xiàn)，故障解決！

04

案例總結(jié)

隨著總線的應(yīng)用越來越廣、愈來愈深，如今很多傳感器的詳細(xì)數(shù)據(jù)已無法直接讀取，如：微塵傳感器、液位傳感器等。

而通過總線譯碼，對(duì)照傳感器相關(guān)技術(shù)文檔，我們就可以破譯這些隱藏的信息，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為可以直接讀取的物理量，進(jìn)一步識(shí)別潛在的問題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)維修！