Simulateur de véhicule avec prise en charge CAN J1939

Aperçu

Le simulateur de véhicule ( gva-vehicle-sim ) est un outil complet de test et de développement pour la plateforme GVA (Generic Vehicle Architecture). Il offre une simulation réaliste de la dynamique du véhicule avec génération intégrée de messages CAN bus J1939 , permettant des tests matériels sans nécessiter de véhicule physique.

Avantages de la simulation J1939 pour la génération de messages

🎯 Avantages en matière de développement et de tests

1. Développement indépendant du matériel

   • Développer et tester des applications GVA sans matériel CAN physique
   • Pas besoin de calculateurs embarqués coûteux ni de bancs d'essai.
   • Développement parallèle au sein de plusieurs équipes

2. Comportement réaliste du véhicule

   • Génère des numéros de groupe de paramètres (PGN) J1939 authentiques et des numéros de paramètres suspects (SPN)
   • Simule une dynamique de véhicule réaliste (vitesse, régime moteur, changements de vitesse, freinage).
   • Fournit des données de capteurs synchronisées dans le temps

3. Réduction des coûts

   • Élimine le besoin de véhicules d'essai physiques au début du développement
   • L'interface CAN virtuelle ( vcan0 ) permet de réaliser des tests sur n'importe quel poste de travail Linux.
   • Réduit l'usure du matériel physique

4. Prototypage rapide

   • Boucle de rétroaction instantanée pour le développement d'algorithmes
   • Création et relecture faciles des scénarios
   • Débits de messages et modèles de données configurables

5. Tests d'intégration

   • Valider la fonctionnalité de la passerelle J1939
   • Flux de données de test des sujets CAN vers DDS
   • Vérifier la réactivité de l'IHM aux paramètres du véhicule

6. Tests reproductibles

   • Comportement déterministe du véhicule
   • Scénarios de test reproductibles
   • Ligne de base cohérente pour les tests de régression

📊 Assistance par message J1939

✅ Prise en charge complète des PGN (implémentés dans le simulateur de véhicule)

Le simulateur de véhicule génère activement les messages J1939 suivants via CAN et les publie sur DDS via la passerelle :

Liste détaillée des SPN (tous les paramètres pris en charge)

Total : 15 PGN, 33 SPN simulés activement

🔲 Formats PGN non pris en charge (Pas encore implémenté)

Les messages J1939 suivants ne sont actuellement pas générés par le simulateur de véhicule. Ils représentent des améliorations potentielles futures :

Pourquoi ces mesures ne sont-elles pas mises en œuvre ?

Total : 22 PGN non pris en charge

🛠️ Caractéristiques techniques

• Prise en charge du réseau routier OpenDRIVE : Suivi d’une géométrie routière réaliste
• Simulation de transmission automatique : Changements de vitesse en fonction de la vitesse et de l'accélérateur
• Dynamique basée sur la physique : Accélération, freinage, direction avec des contraintes réalistes
• Intégration DDS : Publication directe sur les sujets J1939 Automotive PSM
• Interface graphique Qt6 : visualisation en temps réel et contrôle manuel

Architecture de passerelle J1939 vers DDS

Le diagramme de séquence suivant illustre le flux de données complet des messages du bus CAN J1939 à travers la passerelle jusqu'aux abonnés DDS :

Explication du diagramme de séquence

1. Phase de génération des messages

• Le simulateur de véhicule calcule des paramètres réalistes du véhicule en fonction des entrées du conducteur et de la physique.
• Encode les paramètres dans des trames CAN J1939 avec une structure PGN/SPN appropriée.
• Transmet à l'interface CAN virtuelle (vcan0)

2. Phase de réception CAN

• Le thread Qt SocketCanReader lit en continu depuis l'interface CAN.
• Valide le format de trame CAN (ID étendu 29 bits)
• Émet un signal Qt avec des données de trame brutes

3. Phase de décodage J1939

• Le décodeur J1939 extrait les informations de protocole de l'identifiant CAN :
  • PGN : Numéro de groupe de paramètres (identifie le type de message)
  • Adresse source : Identifiant de l'ECU (0-253)
  • Priorité : Urgence du message (0 = la plus élevée, 7 = la plus faible)
• Décode la charge utile de données en SPN individuels à l'aide de la configuration :
  • Position et longueur du foret
  • Facteur d'échelle et décalage
  • unités d'ingénierie

4. Phase de publication DDS

• Gateway publie C_Parameter_Group_Definition (métadonnées PGN) lors de sa première occurrence
• Pour chaque SPN dans le message :
  • Crée un message C_Parameter avec valeur et statut
  • Ajoute un horodatage et une identification de la source
  • Publié dans le sujet DDS
• Des mises à jour d'état périodiques (1 Hz) publient l'état de la passerelle.

5. Phase de consommation

• Les applications GVA (IHM, LDMX) s'abonnent aux sujets J1939 DDS
• Réception des mises à jour des paramètres via l'intergiciel DDS
• Mise à jour des éléments d'interface utilisateur (compteur de vitesse, compte-tours, indicateur de rapport engagé)

Détails du protocole

Structure d'identification 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)

Exemple de décodage de trame 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)

Démarrage rapide

1. Créer un simulateur de véhicules

 cd build
cmake ..
make gva-vehicle-sim

2. Configurer le CAN virtuel

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

3. Lancer le simulateur de véhicule

 # 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. Démarrer la passerelle J1939

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

5. Moniteur avec LDMX

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

Configuration

Configuration du simulateur de véhicule

Créer le 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
  }
}

Configuration de la passerelle J1939

Consultez le /etc/gva/j1939-config.json pour les définitions PGN/SPN et les paramètres de mise à l'échelle.

Cas d'utilisation

1. Développement de l'IHM

• Concevoir un tableau de bord de véhicule sans véhicule physique
• Test du rendu et des animations du tableau de bord
• Valider les seuils d'alerte/d'alarme

2. Tests d'algorithmes

• Tester des algorithmes d'éco-conduite avec une consommation de carburant simulée
• Valider la logique de maintenance prédictive
• Tester la prise de décision en conduite autonome

3. Tests d'intégration

• Vérifier le flux de données de bout en bout : CAN → DDS → Application
• Testez les performances de la passerelle sous charge.
• Valider la synchronisation des données entre les sous-systèmes

4. Formation et démonstration

• Environnement sécurisé pour la formation des opérateurs
• Démonstrations clients sans véhicule
• Outil pédagogique pour l'architecture GVA

Caractéristiques de performance

Comparaison : physique vs. simulée

Dépannage

Problèmes courants

Interface CAN introuvable

 # Verify vcan0 exists
ip link show vcan0

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

Aucun message 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 passerelle ne décode pas les messages

 # Check CAN frames are being sent
candump vcan0

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

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