Vienas didžiausių iššūkių šiuolaikinėje diagnostikoje – atsispirti pagundai priversti automobilio duomenis atitikti tau patinkančią teoriją. Susidūrus su periodiškai pasikartojančiu gedimu ar sudėtingu valdymo tinklu, lengva daryti išvadas remiantis vien gedimo kodu. Tikras diagnostinis aiškumas ateina taikant metodišką, įrodymais grįstą požiūrį: reikia suprasti, kaip sistema veikia, ir leisti duomenims vesti tavo sprendimus. Būtent taip pasielgėme ir su šiuo VGT turbinos gedimu JCB teleskopiniame krautuve.
Naudodami PicoScope Automotive osciloskopą ir universalų atšakų laidų rinkinį, prisijungėme prie VGT vykdiklio jungties. Tai leido patikrinti maitinimo stabilumą ir J1939 CAN tinklo būklę bei įvertinti, ar „U“ kodas pagrįstas. Eksportuotų CAN duomenų atvaizdavimas grafiškai atskleidė sklandžią kreivę rankiniu būdu judinant turbinos vykdiklį, tačiau padriką grafiką automatinių mokymosi ciklų metu. Tai buvo įrodymas, pagrindžiantis turbinos keitimą.
Kokia buvo problema?
- Mašina: 2015 m. JCB 540-170 teleskopinis krautuvas
- Simptomas: periodiškas galios praradimas ir galios ribojimas (derate)
- Užfiksuotas gedimo kodas: U040D-54 – VGT eigos ribos už leistino diapazono (<90 % arba >110 % gamykloje išsaugoto pirmojo mokymosi rezultato).
Operatorius pranešė, kad šaltos mašinos gedimas pasireikšdavo rečiau. Tačiau kai teleskopinis krautuvas įšildavo iki normalios darbinės temperatūros, būdavo išjungiamas ir vėl paleidžiamas, dažniausiai užfiksuodavo gedimo kodą ir dėl to prarasdavo galią.
Pradinis įvertinimas
Tyrimo pradžioje žinojome:
- Gedimo kodas nurodė „eigos ribos už diapazono“ klaidą mokymosi fazės metu.
- Kodas prasidėjo raide „U“, o tai rodo tikėtiną tinklo ryšio sutrikimą.
Įprasti diagnostiniai spąstai būtų susitelkti į „U“ priešdėlį ir imti ieškoti nutrūkusių CAN laidų ar terminuojančių varžų. Arba skubotai daryti mechaninę išvadą, kad turbokompresoriaus mentės stringa dėl šiluminio plėtimosi. Prieš keisdami komponentus, turėjome nustatyti, kaip šis gedimo kodas užsifiksuoja ir kokiomis sąlygomis.
Kaip diagnozuoti VGT turbinos gedimą JCB teleskopiniame krautuve
Kad galėtume efektyviai diagnozuoti šią sistemą, turėjome žinoti, kaip veikia VGT funkcija. Mechaniškai VGT keičia kampą, kuriuo išmetamosios dujos patenka į turbinos ratą. Tai sumažina turbinos vėlavimą (turbo lag), pagerina sukimo momentą esant mažiems apsisukimams ir apsaugo turbiną nuo per didelio sūkių skaičiaus.
Elektriškai – nors senesnės sistemos naudoja vakuuminius vykdiklius arba impulsų pločio moduliacijos (PWM) nuolatinės srovės variklius – šis JCB teleskopinis krautuvas VGT padėtį perduoda per CAN duomenų magistralę, remdamasis 4 laidų jungtimi: akumuliatoriaus maitinimu, mase, CAN High ir CAN Low.
Priklausomai nuo gamintojo, VGT vykdiklis dažnai turi savikalibravimo arba „mokymosi“ (learn) procedūrą. Šiame JCB rakto įjungimo signalas priverčia vidinį vykdiklio variklį perbraukti mentes per viršutinę ir apatinę mechaninės eigos ribas. Vidinė elektronika matuoja šį judėjimą padėties jutikliu. Jei tikslinė padėtis ir grįžtamasis ryšys per daug skiriasi arba jei nepavyksta pasiekti visos eigos, variklio valdymo modulis (ECM) gali apriboti srovės ėmimą ir sumažinti variklio galią iki 40 %.
1 žingsnis: patikrinti maitinimą
Pirmasis klausimas buvo, ar turbokompresorius gauna stabilų maitinimą ir masę ir ar yra CAN signalo sluoksnis.
Naudodami universalų atšakų laidų rinkinį, išskaidėme 4 kontaktų turbokompresoriaus jungtį, kad prijungtume matavimo laidus prie grandinių. Prijungėme 4 kanalų PicoScope Automotive osciloskopą ir nustatėme:
- A kanalas (mėlynas): vykdiklio 1 kontaktas (CAN Low)
- B kanalas (raudonas): vykdiklio 2 kontaktas (masė)
- C kanalas (žalias): vykdiklio 3 kontaktas (maitinimas)
- D kanalas (geltonas): vykdiklio 4 kontaktas (CAN High)
Iš pradžių visiems kanalams nustatėme +/- 20 V skalę ir ilgą laiko bazę, kad užfiksuotume pradinį rakto įjungimo įvykį, nes tiksli kontaktų konfigūracija buvo nežinoma. Tikėjomės pamatyti švarų, stabilų 12 V akumuliatoriaus maitinimą, tvirtą masę ties 0 V ir standartinius CAN H bei CAN L paketus, kurių tuščiosios eigos lygis apie 2,5 V.
Pamatėme stabilų akumuliatoriaus maitinimą ir masę, tačiau visus keturis kanalus veikė reikšmingas elektros triukšmas ir viršįtampio smailės. Judinant laidyną, jokių signalo dingimų neatsirado – tai patvirtino, kad fiziniai sujungimai yra tvirti.
2 žingsnis: dekoduoti CAN tinklą
Nustačius stabilų maitinimą, kitas žingsnis buvo išsiaiškinti, ar „U“ kodas pagrįstas, ir įsitikinti, kad turbokompresorius efektyviai palaiko ryšį.
Optimizavome kanalus – perkėlėme CAN High ir CAN Low į A ir B kanalus, kad galėtume pasinaudoti PicoScope 7 Automotive programinės įrangos integruotais matematiniais įrankiais. Mašinos tinklas veikia 500 kbps sparta. Kad nuosekliuosius duomenis galėtum tiksliai analizuoti ir dekoduoti, diskretizavimo dažnis turi būti bent 10 kartų didesnis už duomenų perdavimo spartą. Šiuo atveju turėtume kalbėti apie MS/s.
Diagnostinis patarimas: idealiomis sąlygomis USB3 kabelis ir X10 slopinamieji matavimo laidai padėtų sumažinti triukšmą. Deja, jų neturėjome po ranka ir dirbome objekte su standartiniais X1 laidais bei USB2 kabeliu. Dėl srautinio perdavimo laiko bazės apribojimų su USB2 kabeliu mūsų diskretizavimo dažnis buvo 2,5 MS/s – ne idealu, bet realiame pasaulyje to pakanka nuosekliajam dekodavimui atlikti.
Pritaikę A–B matematinį kanalą ir J1939 nuosekliojo dekodavimo protokolą, tikėjomės pamatyti švarią dekodavimo lentelę su galiojančiais duomenų paketais, sėkmingai keliaujančiais tarp variklio ECM ir turbokompresoriaus. Vietoje to rakto įjungimo momentu pastebėjome kelias negaliojančias žinutes su patvirtinimo (ACK) bitu, lygiu 1, o tai reiškia, kad joks kitas modulis tinkle į paketą neatsakė ir jo nepatvirtino. Tačiau slenkant laiko juosta toliau, ACK bitas persijungė į 0, ir tolesnės žinutės tapo galiojančios.
Tai neįrodė tinklo gedimo. Priešingai – atskleidė kitus diagnostinius spąstus. Įjungus raktą, vienas ECU pabunda ir iškart pradeda siųsti, o kitiems ECU užsikrauti reikia keliomis milisekundėmis ilgiau. Šie pirminiai nepatvirtinti paketai gali būti visiškai normalus laipsniško tinklo pabudimo reiškinys.
Kadangi J1939 yra gana standartizuotas tinklas, ECU atpažinimas pagal šaltinio adresą yra gerai dokumentuotas. Tolesnė galiojančių duomenų analizė atskleidė sėkmingą kelių mazgų tarpusavio ryšį:
- Šaltinio adresas 0x00: variklio valdymo modulis
- Šaltinio adresas 0x02: turbokompresoriaus vykdiklis
- Šaltinio adresas 0x82: nežinomas adresas
- Šaltinio adresas 0xF9: išorinis diagnostikos skaitytuvas
Šis įrodymas pakeitė mūsų diagnostikos kryptį, nes patvirtino, kad ryšio tinklas yra tvarkingas. Tikroji gedimo priežastis slypėjo vykdiklio eigos mokymosi veikime.
3 žingsnis: rasti menčių padėtį
Žinojome, kad kodas rodo eigos ribų klaidą rakto įjungimo perbraukimo metu, t. y. turbokompresoriaus vykdiklis negalėjo rasti savo viršutinės ir apatinės ribų, lyginant su kalibravimo reikšmėmis. Nors paprastai tai patvirtintume palygindami su savo išsamia signalų formų biblioteka, dirbome be interneto ryšio. Todėl metodiškai eksportavome neapdorotus dekoduotus J1939 šešioliktainius duomenis į skaičiuoklę, kad tiksliai išskirtume, ką vykdiklis praneša.
Peržiūrėję tinklą, patvirtinome ryšį tarp bent keturių aktyvių ECU, įskaitant variklį (šaltinio adresas 0x00), išorinį diagnostikos įrankį (0xF9) ir neidentifikuotą, tikėtina, JCB nuosavybinį ECU (0x82). Tačiau pagrindinis mūsų dėmesys buvo skirtas turbokompresoriui šaltinio adresu 0x02 (patikrinta per isobus.net). Kadangi ir variklis, ir turbina buvo tinkle, tikėjomės sveiko duomenų apsikeitimo.
Atfiltravę turbokompresoriaus adresą 0x02 ir parametrų grupės numerį PGN 0FF87, išanalizavome atskirus baitus. Pastebėjome, kad 0 ir 1 baito reikšmės sparčiai keitėsi kaskart, kai vykdiklio variklis imdavo srovę. Kadangi šie baitai buvo siunčiami iš turbokompresoriaus ir dinamiškai reagavo į variklio veiklą, preliminariai identifikavome šiuos duomenis kaip VGT menčių padėties grįžtamąjį ryšį.
Kad tai vizualizuotume, eksportavome duomenis iš PicoScope 7 Automotive programinės įrangos, išskyrėme ir pavaizdavome grafiškai atskirus baitus taikydami filtravimo ir braižymo metodus, aprašytus mūsų PicoAuto forume. Vietoje sklandžios, nuspėjamos linijos, kurios tikėtumeisi iš perbraukiančio vykdiklio, gautas grafikas parodė itin padrikus duomenis. Ši esminė išvada paskatino du tolesnius testus.
1 testas: automatinis rakto įjungimo perbraukimas
Pavaizdavome 0 ir 1 baito reikšmes automatinės rakto įjungimo mokymosi fazės metu, kai mašina buvo įkaitusi, o gedimas – aktyvus.
Gautas grafikas buvo padrikas. Vietoje sklandžios, tolygios eigos linijos padėties grįžtamojo ryšio reikšmė šokinėjo netvarkingai. Tai paaiškino, kodėl užsifiksuodavo gedimo kodas: valdymo kilpa eigos ribų patikros metu gaudavo nenuoseklią padėties informaciją.
2 testas: rankinis komponento patikrinimas
Reikėjo išsiaiškinti, ar sugedęs vidinis padėties jutiklio takelis, ar vykdiklis stringa dėl vidinės trinties (stiction). Atjungėme trauklę ir rankiniu būdu pajudinome menčių mechanizmą per visą jo eigą, tuo pat metu registruodami duomenų magistralę.
Vėl eksportavus ir grafiškai pavaizdavus duomenis, pastebėjome sklandžią perėjimo kreivę.
Sklandi rankinio judinimo kreivė įrodė, kad vidinis padėties jutiklio takelis geba nuskaityti tiesinę eigą, o vidinė elektronika yra sveika. Tačiau kai vidinis variklis savo jėgomis mėgindavo atlikti greitą automatinį perbraukimą, valdymo kilpa nesugebėdavo suderinti padėties tikslų – dėl to grįžtamieji duomenys būdavo padriki.
Dabar turėjome pakankamai įrodymų turbokompresoriaus mazgui keisti.
4 žingsnis: remontas ir patikrinimas
Visas turbokompresoriaus mazgas buvo pakeistas. Kad įsitikintume remonto sėkme, vėl prijungėme PicoScope Automotive osciloskopą ir iš naujo užfiksavome rakto įjungimo signalą.
Po remonto atlikta registracija parodė, kad įjungus raktą naujasis turbokompresoriaus vykdiklis atlieka vieną greitą mechaninį perbraukimą, o prietaisų skydelyje jokio gedimo kodo nebėra.
Naujų J1939 duomenų paketų eksportavimas į skaičiuoklę taip pat patvirtino remontą. Padėties grįžtamojo ryšio baitai rakto įjungimo metu nubrėžė švarų, tiesinį perėjimą, o iškart po degimo išjungimo buvo užfiksuotas antrasis, švarus perbraukimas – tai rodo galutinę kalibravimo patikrą, kurios metu eigos ribos įsimenamos kitam paleidimo ciklui.
Taip pat nustatėme, kad nauja veikianti turbina ima gerokai didesnę srovę nei sugedusioji – net viršijo mūsų pradinę 20 A nuostatą PicoScope. Tai patvirtino mūsų teoriją, kad senasis turbinos valdiklis, supratęs praradęs savo eigos ribų atskaitą, sąmoningai apribojo vidinės srovės ėmimą, kad apsaugotų mechaninius komponentus. Kai naujasis valdiklis patvirtino savo ribas, jis saugiai leido vidiniam varikliui imti visą srovę, kad mentės greitai užimtų numatytas padėtis.
Svarbiausi patarimai technikams
- Neleisk gedimo kodo priešdėliui tavęs suklaidinti: „U“ priešdėlio kodas įprastai rodo tinklo ryšio sutrikimą, bet tai automatiškai nereiškia, kad nutrūkę fiziniai variniai laidai.
- Laipsniškas pabudimas nėra tinklo gedimas: trūkstami patvirtinimo (ACK) bitai įjungiant degimą yra dažnas reiškinys. Visada pažiūrėk toliau duomenų srauto laiko juostoje ir patikrink, ar moduliai sėkmingai užmezga ryšį, kai visiškai užsikrauna.
- Leisk duomenims vesti tavo logiką: kai negali pasiekti mūsų signalų formų bibliotekos, dirbk metodiškai su tais parametrais, kuriuos gali pasiekti. Sistemingai izoliuodamas maitinimą, tikrindamas tinklo ryšio galimybes ir lygindamas rankinį jutiklio judinimą su automatiniu veikimu, duomenys patys natūraliai nurodys pagrindinę priežastį.
Straipsnis išverstas iš Pico Technology bibliotekos su gamintojo leidimu. Originalas: picoauto.com. PicoScope įrangą rasite mūsų kataloge.