Fordonssimulator med J1939 CAN-stöd

Översikt

Fordonssimulatorn ( gva-vehicle-sim ) är ett omfattande test- och utvecklingsverktyg för GVA-plattformen (Generic Vehicle Architecture). Den tillhandahåller realistisk simulering av fordonsdynamik med integrerad J1939 CAN-bussmeddelandegenerering , vilket möjliggör hårdvaru-i-loop-testning utan att fysisk fordonshårdvara krävs.

Fördelar med J1939-simulering för meddelandegenerering

🎯 Fördelar med utveckling och testning

1. Hårdvaruoberoende utveckling

   • Utveckla och testa GVA-applikationer utan fysisk CAN-hårdvara
   • Inget behov av dyra fordonsstyrenheter eller testbänkar
   • Parallell utveckling över flera team

2. Realistiskt fordonsbeteende

   • Genererar autentiska J1939-parametergruppnummer (PGN) och misstänkta parameternummer (SPN)
   • Simulerar realistisk fordonsdynamik (hastighet, varvtal, växlingar, bromsning)
   • Tillhandahåller tidssynkroniserade sensordata

3. Kostnadsminskning

   • Eliminerar behovet av fysiska testfordon i tidig utveckling
   • Virtuellt CAN-gränssnitt ( vcan0 ) möjliggör testning på vilken Linux-arbetsstation som helst
   • Minskar slitage på fysisk hårdvara

4. Snabb prototypframställning

   • Omedelbar återkopplingsslinga för algoritmutveckling
   • Enkelt scenarioskapande och uppspelning
   • Konfigurerbara meddelandehastigheter och datamönster

5. Integrationstestning

   • Validera J1939-gatewayens funktionalitet
   • Testa dataflödet från CAN till DDS-ämnen
   • Verifiera HMI:s respons på fordonsparametrar

6. Reproducerbar testning

   • Deterministiskt fordonsbeteende
   • Repeterbara testscenarier
   • Konsekvent baslinje för regressionstestning

📊 J1939 Meddelandesupport

✅ Fullt stödda PGN:er (implementerade i fordonssimulatorn)

Fordonssimulatorn genererar aktivt följande J1939-meddelanden över CAN och publicerar dem till DDS via gatewayen:

Detaljerad SPN-lista (alla parametrar som stöds)

Totalt: 15 PGN, 33 SPN aktivt simulerade

🔲 PGN:er som inte stöds (inte implementerade ännu)

Följande J1939-meddelanden genereras för närvarande inte av fordonssimulatorn. Dessa representerar potentiella framtida förbättringar:

Varför dessa inte implementeras

Totalt: 22 PGN:er som inte stöds

🛠️ Tekniska funktioner

• OpenDRIVE-vägnätsstöd : Följ realistisk väggeometri
• Simulering av automatväxellåda : Växlingar baserade på hastighet och gaspådrag
• Fysikbaserad dynamik : Acceleration, bromsning, styrning med realistiska begränsningar
• DDS-integration : Direktpublicering till J1939 Automotive PSM-ämnen
• Qt6 GUI : Visualisering i realtid och manuell kontroll

J1939 till DDS Gateway-arkitektur

Följande sekvensdiagram illustrerar det fullständiga dataflödet från J1939 CAN-bussmeddelanden genom gatewayen till DDS-abonnenter:

Förklaring av sekvensdiagram

1. Meddelandegenereringsfas

• Fordonssimulatorn beräknar realistiska fordonsparametrar baserat på förarens inmatningar och fysik
• Kodar parametrar i J1939 CAN-ramar med korrekt PGN/SPN-struktur
• Skickar till virtuellt CAN-gränssnitt (vcan0)

2. CAN-mottagningsfas

• SocketCanReader Qt-tråd läser kontinuerligt från CAN-gränssnittet
• Validerar CAN-ramformat (29-bitars utökat ID)
• Sänder ut Qt-signal med rå bilddata

3. J1939 Avkodningsfas

• J1939Decoder extraherar protokollinformation från CAN-ID:
  • PGN : Parametergruppnummer (identifierar meddelandetyp)
  • Källadress : ECU-identifierare (0-253)
  • Prioritet : Meddelandets brådska (0=högst, 7=lägst)
• Avkodar datanyttolasten till individuella SPN:er med hjälp av konfigurationen:
  • Bitposition och längd
  • Skalfaktor och offset
  • Ingenjörsenheter

4. DDS-publiceringsfas

• Gateway publicerar C_Parameter_Group_Definition (PGN-metadata) vid första förekomsten
• För varje SPN i meddelandet:
  • Skapar C_Parameter meddelande med värde och status
  • Lägger till tidsstämpel och källidentifiering
  • Publicerar till DDS-ämnet
• Regelbundna statusuppdateringar (1 Hz) publicerar gatewayens hälsa

5. Konsumtionsfas

• GVA-applikationer (HMI, LDMX) prenumererar på J1939 DDS-ämnen
• Ta emot parameteruppdateringar via DDS-mellanprogramvara
• Uppdatera UI-element (hastighetsmätare, varvräknare, växeldisplay)

Protokolldetaljer

J1939 CAN ID-struktur (29-bitars)

 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)

Exempel på CAN-ramavkodning

 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)

Snabbstart

1. Bygg fordonssimulator

 cd build
cmake ..
make gva-vehicle-sim

2. Konfigurera virtuell CAN

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

3. Starta fordonssimulatorn

 # 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. Starta J1939-gatewayen

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

5. Övervaka med LDMX

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

Konfiguration

Konfiguration av fordonssimulator

Skapa 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
  }
}

J1939 Gateway-konfiguration

Se /etc/gva/j1939-config.json för PGN/SPN-definitioner och skalningsparametrar.

Användningsfall

1. HMI-utveckling

• Utveckla fordonsinstrumentpanel utan fysiskt fordon
• Testa rendering och animationer av instrumentklustret
• Validera varnings-/larmtrösklar

2. Algoritmtestning

• Testa algoritmer för sparsam körning med simulerad bränsleförbrukning
• Validera logik för prediktivt underhåll
• Testa beslutsfattande om autonom körning

3. Integrationstestning

• Verifiera dataflödet från början till slut: CAN → DDS → Applikation
• Testa gatewayens prestanda under belastning
• Validera datasynkronisering mellan delsystem

4. Utbildning och demonstration

• Säker miljö för operatörsutbildning
• Kunddemonstrationer utan fordon
• Utbildningsverktyg för GVA-arkitektur

Prestandaegenskaper

Jämförelse: Fysisk vs. Simulerad

Felsökning

Vanliga problem

CAN-gränssnittet hittades inte

 # Verify vcan0 exists
ip link show vcan0

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

Inga DDS-meddelanden

 # 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

Gateway avkodar inte meddelanden

 # Check CAN frames are being sent
candump vcan0

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

Begär en demonstration idag.