Simulador de vehículos con soporte CAN J1939

Descripción general

El Simulador de Vehículos ( gva-vehicle-sim ) es una herramienta integral de pruebas y desarrollo para la plataforma GVA (Arquitectura Genérica de Vehículos). Ofrece una simulación realista de la dinámica del vehículo con generación integrada de mensajes de bus CAN J1939 , lo que permite realizar pruebas de hardware en el circuito sin necesidad de hardware físico del vehículo.

Beneficios de la simulación J1939 para la generación de mensajes

🎯 Ventajas de desarrollo y pruebas

1. Desarrollo independiente del hardware

   • Desarrollar y probar aplicaciones GVA sin hardware CAN físico
   • No se necesitan ECU de vehículos costosos ni bancos de pruebas
   • Desarrollo paralelo en múltiples equipos

2. Comportamiento realista del vehículo

   • Genera números de grupo de parámetros J1939 (PGN) y números de parámetros sospechosos (SPN) auténticos
   • Simula la dinámica realista del vehículo (velocidad, RPM, cambios de marcha, frenado)
   • Proporciona datos de sensores sincronizados en el tiempo

3. Reducción de costos

   • Elimina la necesidad de vehículos de prueba físicos en las primeras etapas del desarrollo.
   • La interfaz CAN virtual ( vcan0 ) permite realizar pruebas en cualquier estación de trabajo Linux
   • Reduce el desgaste del hardware físico

4. Prototipado rápido

   • Bucle de retroalimentación instantánea para el desarrollo de algoritmos
   • Fácil creación y reproducción de escenarios
   • Tasas de mensajes y patrones de datos configurables

5. Pruebas de integración

   • Validar la funcionalidad de la puerta de enlace J1939
   • Flujo de datos de prueba de CAN a temas DDS
   • Verificar la capacidad de respuesta de la HMI a los parámetros del vehículo

6. Pruebas reproducibles

   • Comportamiento determinista del vehículo
   • Escenarios de prueba repetibles
   • Línea de base consistente para pruebas de regresión

Soporte de mensajes J1939

✅ PGN totalmente compatibles (implementados en el simulador de vehículos)

El simulador de vehículo genera activamente los siguientes mensajes J1939 a través de CAN y los publica en DDS mediante la puerta de enlace:

Lista detallada de SPN (todos los parámetros admitidos)

Total: 15 PGN, 33 SPN simulados activamente

🔲 PGN no compatibles (aún no implementados)

El simulador de vehículos no genera actualmente los siguientes mensajes J1939. Estos representan posibles mejoras futuras:

¿Por qué no se implementan?

Total: 22 PGN no compatibles

🛠️ Características técnicas

• Compatibilidad con la red de carreteras OpenDRIVE : siga la geometría realista de la carretera
• Simulación de transmisión automática : cambios de marcha en función de la velocidad y el acelerador
• Dinámica basada en la física : aceleración, frenado y dirección con restricciones realistas
• Integración DDS : publicación directa en temas PSM automotrices J1939
• GUI Qt6 : visualización en tiempo real y control manual

Arquitectura de puerta de enlace J1939 a DDS

El siguiente diagrama de secuencia ilustra el flujo de datos completo desde los mensajes del bus CAN J1939 a través de la puerta de enlace hasta los suscriptores DDS:

Explicación del diagrama de secuencia

1. Fase de generación de mensajes

• El simulador de vehículos calcula parámetros realistas del vehículo en función de las entradas del conductor y la física.
• Codifica parámetros en tramas CAN J1939 con la estructura PGN/SPN adecuada
• Transmite a la interfaz CAN virtual (vcan0)

2. Fase de recepción de CAN

• El hilo Qt de SocketCanReader lee continuamente desde la interfaz CAN
• Valida el formato del marco CAN (ID extendida de 29 bits)
• Emite señal Qt con datos de cuadro sin procesar

3. Fase de decodificación J1939

• El decodificador J1939 extrae información del protocolo del ID CAN:
  • PGN : Número de grupo de parámetros (identifica el tipo de mensaje)
  • Dirección de origen : Identificador de la ECU (0-253)
  • Prioridad : Urgencia del mensaje (0=máxima, 7=mínima)
• Decodifica la carga útil de datos en SPN individuales mediante la configuración:
  • Posición y longitud de la broca
  • Factor de escala y desplazamiento
  • Unidades de ingeniería

4. Fase de publicación de DDS

• Gateway publica C_Parameter_Group_Definition (metadatos PGN) en la primera aparición
• Para cada SPN en el mensaje:
  • Crea un mensaje C_Parameter con valor y estado
  • Agrega marca de tiempo e identificación de fuente
  • Publica en el tema DDS
• Las actualizaciones de estado periódicas (1 Hz) publican el estado de la puerta de enlace

5. Fase de consumo

• Las aplicaciones GVA (HMI, LDMX) se suscriben a los temas DDS J1939
• Recibir actualizaciones de parámetros a través del middleware DDS
• Actualizar elementos de la interfaz de usuario (velocímetro, tacómetro, indicador de marcha)

Detalles del protocolo

Estructura de identificación CAN J1939 (29 bits)

 Bits 28-26: Priority (0-7)
Bit  25:    Reserved
Bit  24:    Data Page (DP)
Bits 23-16: PDU Format (PF)
Bits 15-8:  PDU Specific (PS) - group extension or destination
Bits 7-0:   Source Address (SA)

PGN = (DP << 16) | (PF << 8) | (PS if PF >= 240 else 0)

Ejemplo de decodificación de trama CAN

 CAN ID: 0x18F00400
Binary: 00011000111100000000010000000000

Priority:  0x6 (bits 28-26) = 6 (normal priority)
Reserved:  0   (bit 25)
DP:        0   (bit 24)
PF:        0xF0 (bits 23-16) = 240 (broadcast)
PS:        0x04 (bits 15-8)  = 4 (group extension)
SA:        0x00 (bits 7-0)   = 0 (engine controller)

PGN = (0 << 16) | (240 << 8) | 4 = 61444 (EEC1 - Engine Controller 1)

Inicio rápido

1. Construye un simulador de vehículos

 cd build
cmake ..
make gva-vehicle-sim

2. Configurar CAN virtual

 sudo scripts/test/j1939/setup-vcan.sh

3. Iniciar el simulador de vehículos

 # GUI mode with OpenDRIVE track
./build/bin/gva-vehicle-sim \
  --domain=0 \
  --opendrive=data/opendrive/ZalaZONE_full.xodr \
  --can-interface=vcan0

# Headless mode with J1939 only
./build/bin/gva-vehicle-sim \
  --domain=0 \
  --can-interface=vcan0 \
  --headless

4. Iniciar la puerta de enlace J1939

 ./build/bin/gva-j1939-gateway \
  --domain=0 \
  --interface=vcan0 \
  --config=/etc/gva/j1939-config.json

5. Monitor con LDMX

 ./build/bin/ldmx
# Navigate to J1939 tab to see live parameters

Configuración

Configuración del simulador de vehículos

Crear vehicle-sim-config.json :

 {
  "j1939": {
    "enabled": true,
    "sourceAddress": 0,
    "gatewayResourceId": 1000,
    "updateRateHz": 10
  },
  "vehicle": {
    "maxSpeed": 120.0,
    "maxRpm": 6000,
    "gearRatios": [3.5, 2.5, 1.8, 1.3, 1.0, 0.8],
    "engineIdleRpm": 800
  }
}

Configuración de la puerta de enlace J1939

Consulte /etc/gva/j1939-config.json para obtener definiciones de PGN/SPN y parámetros de escala.

Casos de uso

1. Desarrollo de HMI

• Desarrollar el tablero del vehículo sin vehículo físico
• Pruebe la representación y las animaciones del grupo de instrumentos
• Validar umbrales de advertencia/alarma

2. Pruebas de algoritmos

• Pruebe algoritmos de conducción ecológica con consumo de combustible simulado
• Validar la lógica del mantenimiento predictivo
• Prueba la toma de decisiones en la conducción autónoma

3. Pruebas de integración

• Verificar el flujo de datos de extremo a extremo: CAN → DDS → Aplicación
• Pruebe el rendimiento de la puerta de enlace bajo carga
• Validar la sincronización de datos entre subsistemas

4. Capacitación y demostración

• Entorno seguro para la formación de operadores
• Demostraciones de clientes sin vehículo
• Herramienta educativa para la arquitectura GVA

Características de rendimiento

Comparación: física vs. simulada

Solución de problemas

Problemas comunes

Interfaz CAN no encontrada

 # Verify vcan0 exists
ip link show vcan0

# Recreate if needed
sudo scripts/test/j1939/setup-vcan.sh

No hay mensajes DDS

 # Check gateway is running
pgrep -a gva-j1939-gateway

# Verify domain ID matches
./build/bin/gva-j1939-gateway --domain=0
./build/bin/gva-vehicle-sim --domain=0

La puerta de enlace no decodifica los mensajes

 # Check CAN frames are being sent
candump vcan0

# Verify configuration file
cat /etc/gva/j1939-config.json

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