Simulatore di veicoli con supporto CAN J1939

Panoramica

Il simulatore di veicoli ( gva-vehicle-sim ) è uno strumento completo di test e sviluppo per la piattaforma GVA (Generic Vehicle Architecture). Fornisce una simulazione realistica della dinamica del veicolo con generazione integrata di messaggi CAN bus J1939 , consentendo test hardware-in-the-loop senza richiedere l'hardware fisico del veicolo.

Vantaggi della simulazione J1939 per la generazione di messaggi

🎯 Vantaggi di sviluppo e test

1. Sviluppo indipendente dall'hardware

   • Sviluppare e testare applicazioni GVA senza hardware CAN fisico
   • Non c'è bisogno di costose centraline elettroniche o banchi di prova per veicoli
   • Sviluppo parallelo tra più team

2. Comportamento realistico del veicolo

   • Genera numeri di gruppo di parametri J1939 autentici (PGN) e numeri di parametri sospetti (SPN)
   • Simula la dinamica realistica del veicolo (velocità, giri al minuto, cambi di marcia, frenata)
   • Fornisce dati del sensore sincronizzati nel tempo

3. Riduzione dei costi

   • Elimina la necessità di veicoli di prova fisici nelle fasi iniziali dello sviluppo
   • L'interfaccia CAN virtuale ( vcan0 ) consente di effettuare test su qualsiasi workstation Linux
   • Riduce l'usura dell'hardware fisico

4. Prototipazione rapida

   • Ciclo di feedback immediato per lo sviluppo di algoritmi
   • Creazione e riproduzione facili degli scenari
   • Velocità dei messaggi e modelli di dati configurabili

5. Test di integrazione

   • Convalida la funzionalità del gateway J1939
   • Flusso di dati di prova dagli argomenti CAN a DDS
   • Verificare la reattività dell'HMI ai parametri del veicolo

6. Test riproducibili

   • Comportamento deterministico del veicolo
   • Scenari di test ripetibili
   • Baseline coerente per i test di regressione

📊 Supporto messaggi J1939

✅ PGN completamente supportati (implementati in Vehicle Simulator)

Il simulatore del veicolo genera attivamente i seguenti messaggi J1939 tramite CAN e li pubblica su DDS tramite il gateway:

Elenco SPN dettagliato (tutti i parametri supportati)

Totale: 15 PGN, 33 SPN simulati attivamente

🔲 PGN non supportati (non ancora implementati)

I seguenti messaggi J1939 non sono attualmente generati dal simulatore del veicolo. Rappresentano potenziali miglioramenti futuri:

Perché questi non vengono implementati

Totale: 22 PGN non supportati

🛠️ Caratteristiche tecniche

• Supporto della rete stradale OpenDRIVE : segui la geometria stradale realistica
• Simulazione di trasmissione automatica : cambi di marcia basati sulla velocità e sull'acceleratore
• Dinamica basata sulla fisica : accelerazione, frenata, sterzo con vincoli realistici
• Integrazione DDS : pubblicazione diretta su argomenti PSM automobilistici J1939
• Interfaccia grafica utente Qt6 : visualizzazione in tempo reale e controllo manuale

Architettura del gateway da J1939 a DDS

Il seguente diagramma di sequenza illustra il flusso di dati completo dai messaggi del bus CAN J1939 attraverso il gateway agli abbonati DDS:

Spiegazione del diagramma di sequenza

1. Fase di generazione del messaggio

• Vehicle Simulator calcola parametri realistici del veicolo in base agli input del conducente e alla fisica
• Codifica i parametri nei frame CAN J1939 con la struttura PGN/SPN corretta
• Trasmette all'interfaccia CAN virtuale (vcan0)

2. Fase di ricezione CAN

• Il thread Qt di SocketCanReader legge continuamente dall'interfaccia CAN
• Convalida il formato del frame CAN (ID esteso a 29 bit)
• Emette il segnale Qt con dati di frame grezzi

3. Fase di decodifica J1939

• J1939Decoder estrae le informazioni sul protocollo dall'ID CAN:
  • PGN : Numero del gruppo di parametri (identifica il tipo di messaggio)
  • Indirizzo sorgente : identificatore ECU (0-253)
  • Priorità : urgenza del messaggio (0=massima, 7=minima)
• Decodifica il payload dei dati in singoli SPN utilizzando la configurazione:
  • Posizione e lunghezza del bit
  • Fattore di scala e offset
  • Unità di ingegneria

4. Fase di pubblicazione DDS

• Gateway pubblica C_Parameter_Group_Definition (metadati PGN) alla prima occorrenza
• Per ogni SPN nel messaggio:
  • Crea un messaggio C_Parameter con valore e stato
  • Aggiunge timestamp e identificazione della fonte
  • Pubblica sull'argomento DDS
• Aggiornamenti periodici sullo stato (1 Hz) pubblicano lo stato del gateway

5. Fase di consumo

• Le applicazioni GVA (HMI, LDMX) si iscrivono agli argomenti J1939 DDS
• Ricevi aggiornamenti dei parametri tramite middleware DDS
• Aggiorna gli elementi dell'interfaccia utente (tachimetro, contagiri, visualizzazione delle marce)

Dettagli del protocollo

Struttura ID CAN J1939 (29 bit)

 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)

Esempio di decodifica del frame 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)

Avvio rapido

1. Costruisci un simulatore di veicoli

 cd build
cmake ..
make gva-vehicle-sim

2. Configurazione CAN virtuale

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

3. Avvia il simulatore del veicolo

 # 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. Avviare il gateway J1939

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

5. Monitorare con LDMX

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

Configurazione

Configurazione del simulatore del veicolo

Crea 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
  }
}

Configurazione del gateway J1939

Per le definizioni PGN/SPN e i parametri di ridimensionamento, vedere /etc/gva/j1939-config.json .

Casi d'uso

1. Sviluppo HMI

• Sviluppare il cruscotto del veicolo senza veicolo fisico
• Rendering e animazioni del quadro strumenti di prova
• Convalidare le soglie di avviso/allarme

2. Test dell'algoritmo

• Testare gli algoritmi di guida ecologica con consumo di carburante simulato
• Convalidare la logica di manutenzione predittiva
• Testare il processo decisionale di guida autonoma

3. Test di integrazione

• Verificare il flusso di dati end-to-end: CAN → DDS → Applicazione
• Testare le prestazioni del gateway sotto carico
• Convalidare la sincronizzazione dei dati tra i sottosistemi

4. Formazione e dimostrazione

• Ambiente sicuro per la formazione degli operatori
• Dimostrazioni per i clienti senza veicolo
• Strumento didattico per l'architettura GVA

Caratteristiche delle prestazioni

Confronto: Fisico vs. Simulazione

Risoluzione dei problemi

Problemi comuni

Interfaccia CAN non trovata

 # Verify vcan0 exists
ip link show vcan0

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

Nessun messaggio 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

Il gateway non decodifica i messaggi

 # Check CAN frames are being sent
candump vcan0

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

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