Manitou DEF 液位传感器诊断：CAN总线J1939协议译码与分析

汽车诊断

故障现象

一台Manitou工程机械，客户反馈DEF（柴油机尾气处理液）油箱即使加注到无法再加的状态，设备仍显示DEF 液位为空，系统中还存有故障代码。由于这个DEF液位过低提示，整台机器的功率被自动降低，严重影响了正常作业。

面对这种情况，传统维修思路通常是直接更换液位传感器。但这个部件的价格高达上万块，如果诊断错误就会造成巨大损失。更关键的是，如何确保更换昂贵的部件真的能解决问题？

为此，我们将使用虹科Pico汽车示波器测量相关波形，排查故障的真正原因。

故障诊断

诊断思路确定

参考DEF液位传感器工作原理手册，DEF液位传感器的液位数据通过CAN总线传输，遵循J1939标准，没有终端电阻，标准传输速率为250 kbit/s。

PicoScope 7 中自带的J1939译码功能，可以帮助我们翻译和分析CAN总线上的数据，并借助PGN（参数组编号）和ID进行过滤。

根据技术文档，液位传感器使用的ID3是0xA3，ID3(source address）即指CAN J1939的ID源地址。有了这个关键信息，我们就可以使用译码功能来捕获和分析相关数据。

注：文档中的传感器和Manitou上搭载的并不是同款，但J1939标准的DEF液位相关信息具有通用性。

总线译码与过滤

首先使用虹科Pico汽车示波器，采集到DEF液位传感器所在的CAN总线的信号，并利用串行译码功能进行J1939协议译码。译码结果如图1所示。

图1 J1939协议译码结果

如图2，接下来进行过滤。通过添加ID3为0xA3的过滤器，我们就可以去除我们不感兴趣的数据，方法如下：

1.点击译码结果上方的【添加过滤】按钮，选择您想要过滤的参数。

2.选择【ID3】过滤。

3.操作符选择默认的【包含】。

4.参数输入【A3】，即你希望软件筛选的内容，点击添加。

图2 添加ID3为0xA3的过滤器

如图3，现在我们就排除了所有无关的数据，只关注液位传感器发送的信息即可。

图3 过滤后的数据  

通过过滤，我们很快就发现，数据中包含多个不同的ID2（PGN），即参数组编号。参考技术文档，我们找到了液位相关的PGN编号。

图4 技术文档中液位传感器相关的PGN编号

接下来，我们添加第二个过滤器，按PGN进行过滤。

根据之前的技术资料，PGN是CAN消息ID中间的2个字节。在我们的案例中，FE56就是我们要找的液位PGN。

图5 过滤出ID2（PGN）为FE56的数据

经过两层过滤后，只剩下2条报文了，现在处理起来就会轻松很多。

观察这些数据，我们发现前4个字节的数值在不断变化。结合缓冲区数据包的间隔为 1 秒，我们还可推断数据传输速率为 1 秒 / 次。

数据转化与分析

根据技术文档的说明，DEF液位百分比信息从第0个字节开始，占用8位（即1个字节）。在我们采集的数据中，第一个数据包的这个字节值是11（十六进制）。将十六进制的11转换成十进制，得到17。

但这并不是最终的液位百分比，需要根据技术文档提供的转换公式进行计算。文档显示，转换需应用0.4的缩放因子（图4），没有偏移量。

即DEF相对于油箱总容量的百分比为：17 × 0.4 = 6.8%。

但这里出现了一个问题：这个6.8%到底表示油箱实际油量占比，还是表示油箱剩余空间占比？考虑到仪表盘显示液位为空，我们可以推测百分比越低，液位就越低。为了验证这个推测，我们还需要分析物理液位传感器的数据。

物理液位测量可以通过多种方式实现，比如超声波或浮子式来测量油箱底部到液面的高度。由于我们不确定Manitou使用的是哪种方式，所以我们将根据技术文档中的信息进行计算，以进一步验证。

如图6，根据文档中的信息，物理液位数据的位长度是16位（2个字节），起始位位置是16。

图6 技术文档中的相关资料

图7展示了总线数据中，前两个字节的位位置（bit position）分配方式。物理液位数据的起始位置是16，这就意味着我们需要使用第3和第4个字节的数据，其排布的逻辑和前两位也是相同的。

图7 位位置的分配方式

在我们的数据中，第3和第4字节是55 0F。根据J1939标准，我们需要将字节顺序翻转，变成0F 55，然后将其转换为十进制。即0F55 = 3925。再应用技术文档中的0.1缩放因子（图6），可以得到：3925 × 0.1 = 392.5mm

验证与对比

这个392.5mm（约40厘米）的读数，远未到达油箱底部。但我们如何确定，这是油箱底部到液面的距离，还是液面到油箱顶部的距离呢？已知故障机器的油箱是满的，无论这个40cm指向哪一种情况，都说明了这个传感器组件存在故障——这个是数据无论如何，都是错的。但我们是否还能收集更多证据来证明这一点？有没有办法确定这个40cm究竟指向什么？

有的，方法也很简单，找一台正常的设备进行验证即可。

于是我们找到了一台，没有故障且DEF油箱在仪表盘上显示为满的机器。捕捉到其CAN总线数据，并使用同样的方法进行译码、过滤和计算：

第一个字节的十六进制值是FA。使用相同的转换方法：0xFA = 250（十进制），250 × 0.4 = 100%。很显然，这表明这个数值指向的是油箱实际油量占比。当然这也验证了，我们的转换方法是正确的。

对于物理液位数据，正常机器显示的是4B 00，翻转后变成004B，转换为十进制是75，再乘以0.1得到7.5mm。显然，这指向的是液面到油箱顶部的距离。

图8 正常机器的相关波形与译码结果

问题解决

通过一系列的数据分析和对比，我们有充分的证据证明：故障机器的液位传感器读数确实是错误的。基于这个准确的诊断结果，我们更换了液位传感器，故障未再出现，故障解决！

案例总结

随着总线的应用越来越广、愈来愈深，如今很多传感器的详细数据已无法直接读取，如：微尘传感器、液位传感器等。而通过总线译码，对照传感器相关技术文档，我们就可以破译这些隐藏的信息，进一步识别潜在的问题，实现精准维修！