Симулятор транспортного засобу з підтримкою J1939 CAN

Огляд

Симулятор транспортного засобу ( gva-vehicle-sim ) – це комплексний інструмент тестування та розробки для платформи GVA (Generic Vehicle Architecture). Він забезпечує реалістичне моделювання динаміки транспортного засобу з інтегрованою генерацією повідомлень шини CAN J1939 , що дозволяє проводити тестування обладнання в циклі без необхідності фізичного обладнання транспортного засобу.

Переваги моделювання J1939 для генерації повідомлень

🎯 Переваги розробки та тестування

1. Розробка, незалежна від апаратного забезпечення

   • Розробляйте та тестуйте застосунки GVA без фізичного обладнання CAN
   • Немає потреби в дорогих ЕБУ автомобілів або випробувальних стендах
   • Паралельна розробка в кількох командах

2. Реалістична поведінка транспортного засобу

   • Генерує автентичні номери груп параметрів J1939 (PGN) та номери підозрілих параметрів (SPN)
   • Імітує реалістичну динаміку автомобіля (швидкість, оберти, перемикання передач, гальмування)
   • Забезпечує синхронізовані за часом дані датчиків

3. Зменшення витрат

   • Усуває необхідність у фізичних випробувальних транспортних засобах на ранніх етапах розробки
   • Віртуальний CAN-інтерфейс ( vcan0 ) дозволяє тестувати на будь-якій робочій станції Linux
   • Зменшує знос фізичного обладнання

4. Швидке прототипування

   • Миттєвий зворотний зв'язок для розробки алгоритмів
   • Легке створення та відтворення сценаріїв
   • Налаштовувані швидкості повідомлень та шаблони даних

5. Інтеграційне тестування

   • Перевірити функціональність шлюзу J1939
   • Тестування потоку даних від CAN до DDS
   • Перевірте чутливість HMI до параметрів транспортного засобу

6. Відтворюване тестування

   • Детермінована поведінка транспортного засобу
   • Повторювані тестові сценарії
   • Послідовна базова лінія для регресійного тестування

📊 Підтримка повідомлень J1939

✅ Повністю підтримувані PGN (реалізовано в симуляторі транспортних засобів)

Симулятор транспортного засобу активно генерує такі повідомлення J1939 через CAN та надсилає їх до DDS через шлюз:

Детальний список SPN (усі підтримувані параметри)

Всього: 15 PGN, 33 SPN активно змодельовані

🔲 Непідтримувані PGN (ще не реалізовано)

Наступні повідомлення J1939 наразі не генеруються симулятором транспортного засобу. Вони відображають потенційні майбутні вдосконалення:

Чому це не впроваджується

Всього: 22 непідтримувані PGN

🛠️ Технічні характеристики

• Підтримка дорожньої мережі OpenDRIVE : дотримання реалістичної геометрії доріг
• Симуляція автоматичної трансмісії : перемикання передач залежно від швидкості та дросельної заслінки
• Динаміка на основі фізики : розгін, гальмування, рульове керування з реалістичними обмеженнями
• Інтеграція DDS : пряма публікація в темах J1939 Automotive PSM
• Графічний інтерфейс Qt6 : Візуалізація в режимі реального часу та ручне керування

Архітектура шлюзу DDS від J1939 до J1939

Наведена нижче діаграма послідовності ілюструє повний потік даних від повідомлень шини CAN J1939 через шлюз до абонентів DDS:

Пояснення діаграми послідовностей

1. Фаза генерації повідомлень

• Симулятор транспортного засобу розраховує реалістичні параметри транспортного засобу на основі даних водія та фізики
• Кодує параметри в CAN-кадри J1939 з належною структурою PGN/SPN
• Передає дані на віртуальний CAN-інтерфейс (vcan0)

2. Фаза прийому CAN

• Потік Qt SocketCanReader безперервно читає з інтерфейсу CAN
• Перевіряє формат CAN-кадру (29-бітний розширений ідентифікатор)
• Випромінює сигнал Qt з необробленими даними кадру

3. Фаза декодування J1939

• J1939Decoder витягує інформацію про протокол з CAN ID:
  • PGN : Номер групи параметрів (визначає тип повідомлення)
  • Адреса джерела : ідентифікатор ЕБУ (0-253)
  • Пріоритет : терміновість повідомлення (0=найвищий, 7=найнижчий)
• Декодує корисне навантаження даних в окремі SPN за допомогою конфігурації:
  • Положення та довжина біта
  • Коефіцієнт масштабування та зміщення
  • Інженерні підрозділи

4. Фаза публікації DDS

• Gateway публікує C_Parameter_Group_Definition (метадані PGN) при першому з'явленні
• Для кожного імені служби підтримки (SPN) у повідомленні:
  • Створює повідомлення C_Parameter зі значенням та статусом
  • Додає позначку часу та ідентифікацію джерела
  • Публікує в темі DDS
• Періодичні оновлення стану (1 Гц) для стану шлюзу публікації

5. Фаза споживання

• Застосування GVA (HMI, LDMX) підписатися на теми J1939 DDS
• Отримання оновлень параметрів через проміжне програмне забезпечення DDS
• Оновлення елементів інтерфейсу користувача (спідометр, тахометр, індикація передач)

Деталі протоколу

Структура ідентифікатора CAN J1939 (29-бітна)

 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)

Приклад декодування CAN-кадру

 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)

Швидкий старт

1. Зберіть симулятор транспортного засобу

 cd build
cmake ..
make gva-vehicle-sim

2. Налаштування віртуальної CAN-мережі

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

3. Запустіть симулятор транспортного засобу

 # 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. Запустіть шлюз J1939

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

5. Монітор з LDMX

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

Конфігурація

Конфігурація симулятора транспортного засобу

Створіть файл 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
  }
}

Конфігурація шлюзу J1939

Див. /etc/gva/j1939-config.json для визначення PGN/SPN та параметрів масштабування.

Варіанти використання

1. Розробка HMI

• Розробка панелі приладів транспортного засобу без фізичного транспортного засобу
• Тестування рендерингу та анімації панелі приладів
• Перевірити пороги попередження/тривоги

2. Тестування алгоритмів

• Тестування алгоритмів еко-водіння з імітацією витрати палива
• Перевірити логіку прогнозного обслуговування
• Тестування прийняття рішень в автономному водінні

3. Інтеграційне тестування

• Перевірте наскрізний потік даних: CAN → DDS → Застосування
• Тестування продуктивності шлюзу під навантаженням
• Перевірка синхронізації даних між підсистемами

4. Навчання та демонстрація

• Безпечне середовище для навчання операторів
• Демонстрації для клієнтів без транспортного засобу
• Навчальний інструмент для архітектури GVA

Характеристики продуктивності

Порівняння: фізичне проти змодельованого

Усунення несправностей

Поширені проблеми

CAN-інтерфейс не знайдено

 # Verify vcan0 exists
ip link show vcan0

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

Немає повідомлень 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

Шлюз не декодує повідомлення

 # Check CAN frames are being sent
candump vcan0

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

Замовте демонстрацію сьогодні.