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C-V2X仿真測(cè)試之2D虛擬場(chǎng)景搭建探秘——CANoe.Car2x開啟奇妙之旅

2020-05-28 23:54:36·  來源：北匯信息  作者：譚偉  
　
C-V2X仿真測(cè)試之2D虛擬場(chǎng)景搭建探秘CANoe.Car2x開啟奇妙之旅原創(chuàng)北匯信息 譚偉北匯信息今天前言V2X（Vehicle-to-Everything）通過現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與
前言

V2X（Vehicle-to-Everything）通過現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與外界的信息交換共享，從而幫助汽車實(shí)現(xiàn)安全、舒適、節(jié)能、高效行駛。

其中V代表車輛（Vehicle），X代表車輛（Vehicle）、路側(cè)設(shè)施（Infrastructure）、人（Pedestrian）、網(wǎng)絡(luò)（Network）等任何可與車輛進(jìn)行信息交互的對(duì)象。所以就有了車與車（V2V）、車與路側(cè)設(shè)施（V2I）、車與人（V2P）、車與網(wǎng)絡(luò)（V2N）的信息交互。

V2X既然應(yīng)用于車輛，那CANoe這種常規(guī)專業(yè)工具是否支持V2X的開發(fā)、分析、仿真和測(cè)試呢？

答案是肯定的，CANoe.Car2x就是為V2X設(shè)計(jì)的。

現(xiàn)在的CANoe Option.Car2x不僅完美支持歐洲標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，更在不斷更新以支持不斷完善的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，如《GBT 31024.3-2019合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng) 專用短程通信 第3部分：網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用》。
 
圖1 CANoe Option.Car2x支持的協(xié)議

基于國(guó)標(biāo)V2X通信協(xié)議之上，汽車工程學(xué)會(huì)在《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn) T_CSAE 53-2017》中，定義了17個(gè)V2X一期應(yīng)用場(chǎng)景。下面，我們用CANoe搭建“道路危險(xiǎn)狀況提示”V2I應(yīng)用場(chǎng)景，用以介紹如何使用CANoe進(jìn)行V2X的場(chǎng)景仿真。
 
C-V2X仿真測(cè)試之2D虛擬場(chǎng)景搭建探秘——CANoe.Car2x開啟奇妙之旅
圖2 一期應(yīng)用列表
圖片來源：《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn) T_CSAE 53-2017》

HLW場(chǎng)景需求和場(chǎng)景設(shè)計(jì)

1  需求來源

需求來源于《T_CSAE 53-2017》對(duì)“道路危險(xiǎn)狀況提示”HLW的定義和HLW場(chǎng)景圖。

道路危險(xiǎn)狀況提示（HLW: Hazardous Location Warning）是指，主車（HV）行駛到潛在危險(xiǎn)狀況（如橋下存在較深積水、路面有深坑、道路濕滑、前方急轉(zhuǎn)彎等）路段，存在發(fā)生事故風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，HLW應(yīng)用對(duì)HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警。

本應(yīng)用適合于城市道路、郊區(qū)道路和高速公路等容易發(fā)生危險(xiǎn)狀況的路段或者臨時(shí)性存在道路危險(xiǎn)狀況的路段。

HLW應(yīng)用將道路危險(xiǎn)狀況及時(shí)通知周圍車輛，便于駕駛員提前進(jìn)行處置，提高車輛對(duì)危險(xiǎn)路況的感知能力，降低駛?cè)朐撐ｋU(xiǎn)區(qū)域的車輛發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。
 
圖3 RSU提示道路危險(xiǎn)狀況信息-HLW場(chǎng)景

2  HLW場(chǎng)景構(gòu)成

通過需求分析，可以得到HLW場(chǎng)景由以下五點(diǎn)構(gòu)成：

· 道路有一危險(xiǎn)路段

· 危險(xiǎn)路段上有交通參與者RSU（RoadSideUnit）和HV（HostVehicle）

· RSU廣播該危險(xiǎn)路段的信息

· HV能與RSU進(jìn)行短程無(wú)線通信

· HV有自己的應(yīng)用策略，HV根據(jù)自己的位置信息，在接收到RSU危險(xiǎn)信息后經(jīng) 過計(jì)算做出判斷，是否發(fā)出HLW預(yù)警

3  HLW場(chǎng)景內(nèi)容

我們按照構(gòu)成，設(shè)計(jì)具體場(chǎng)景，場(chǎng)景內(nèi)容如下：

· 在北京回龍觀西大街主干道上，有一積水危險(xiǎn)路段，路段長(zhǎng)為200m，路段半徑為1m

· 交通參與者RSU位于回龍觀西大街主干道旁；HV以108km/h的速度，由西向東行駛，并通過前方200m處的積水危險(xiǎn)路段

· RSU以1秒的周期循環(huán)對(duì)外廣播消息

· HV接收RSU廣播的危險(xiǎn)路段消息，且解析該消息

· HV的HLW應(yīng)用策略：當(dāng)HV距離危險(xiǎn)路段小于150m時(shí)，HLW應(yīng)用發(fā)出預(yù)警，HV的HMI顯示預(yù)警信息；當(dāng)HV駛離危險(xiǎn)路段后，HLW應(yīng)用結(jié)束預(yù)警

CANoe搭建V2I應(yīng)用工程

1  建立V2I應(yīng)用工程

使用Sample Configurations的Car2x-CN工程模板建立V2I應(yīng)用工程。
 
圖4 Car2x-CN工程模板

2  建立RSU和HV仿真節(jié)點(diǎn)

CANoe建立RSU和HV仿真節(jié)點(diǎn)，設(shè)置RSU以1s的周期發(fā)送RSI（Road Side Information）消息，設(shè)置HV以100ms的周期發(fā)送BSM（Basic Safety Message）消息。

CANoe初始界面

CANoe 打開工程后，初始界面如下圖5：
 
圖5 CANoe初始界面

建立仿真節(jié)點(diǎn)

在Simulation Setup窗口中新建2個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別仿真HV和RSU。
 
圖6 建立仿真節(jié)點(diǎn)

 V2I數(shù)據(jù)庫(kù)新建節(jié)點(diǎn)和設(shè)置節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息集

打開Car2x Network Explorer后，在數(shù)據(jù)庫(kù)里新建RSU和HV兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并設(shè)置RSU發(fā)送RSI消息，HV發(fā)送BSM消息。
 
圖7 V2I數(shù)據(jù)庫(kù)新建節(jié)點(diǎn)和設(shè)置節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息集

3  完善HV發(fā)送的BSM消息內(nèi)容

· BSM消息內(nèi)容的完善通過HV的仿真場(chǎng)景來完成

· HV的場(chǎng)景包括HV行駛路線和HV行駛狀態(tài)的

· HV的仿真場(chǎng)景通過Car2x Scenario Editor工具，通過Scenario Manager工具加載到CANoe

Car2x Scenario Editor工具

Car2x Scenario Editor工具在CANoe的Tools功能頁(yè)簽下。
 
圖8 場(chǎng)景工具

Car2x Scenario Editor默認(rèn)界面

Car2x Scenario Editor打開后，默認(rèn)界面如下圖
 
圖9 Car2x Scenario Editor默認(rèn)界面

HV行駛路線

點(diǎn)擊Routes功能欄內(nèi)的Edit圖標(biāo)，修改路線名稱，在Ma地圖中拖拽道路到北京回龍觀西大街，這樣簡(jiǎn)單的HV行駛路線就完了。
 
圖10 HV行駛路線

新建Station

點(diǎn)擊Stations功能欄內(nèi)New圖標(biāo)，新建仿真車輛，車輛初始名稱為Station1。
 
圖11 新建Station

加載HV場(chǎng)景

在CANoe加載Car2x Scenario Editor的HV場(chǎng)景。HV場(chǎng)景通過CANoe Environment功能頁(yè)簽下的Scenario Manager工具進(jìn)行加載。
 
圖12 場(chǎng)景加載工具
   
4  完善RSU發(fā)送的RSI消息內(nèi)容
          
通過與仿真節(jié)點(diǎn)RSU相關(guān)聯(lián)的CAPL腳本，可以完善RSI消息。

如下圖13所示的CAPL腳本，在OnPreTxRoadSideInformation函數(shù)體內(nèi)添加相關(guān)數(shù)據(jù)元素的代碼。
 
圖13 RSU的CAPL腳本代碼

仿真場(chǎng)景示例及CANoe功能簡(jiǎn)介

下面視頻所示是北匯信息搭建的一個(gè)HLW仿真測(cè)試場(chǎng)景。

在仿真場(chǎng)景中：

· 添加了HV HMI面板用于顯示HLW的預(yù)警信息

· 添加了Control RSU面板用于更改RSU發(fā)送的危險(xiǎn)路段信息
 
1  CANoe的仿真功能

通過CANoe搭建V2I應(yīng)用工程后，相信大家已經(jīng)對(duì)CANoe的仿真功能有了更多的了解：

· CANoe能夠仿真Vehicle、Infrastructure等通信設(shè)備發(fā)送和接收V2I消息

· 通過CANoe自帶的場(chǎng)景制作工具Scenario Editor，在時(shí)間軸上配置行為，以設(shè)計(jì)現(xiàn)實(shí)的駕駛場(chǎng)景

· CANoe還可以聯(lián)合CarMaker、DYNA4等3D場(chǎng)景制作軟件一起仿真

2  CANoe的分析功能

Trace窗口

CANoe將接收到的BSM消息和RSI消息按照《GBT 31024.3-2019》 定義的格式進(jìn)行解析。

如果CANoe接收到的消息格式與定義的不一樣，CANoe就會(huì)報(bào)出解析錯(cuò)誤和警告指示。

Trace窗口顯示內(nèi)容包括包屬性顯示、協(xié)議解釋、應(yīng)用消息解碼、簽名檢查、協(xié)議分析等。
 
圖22 Trace窗口解析消息

Map Window窗口

在地圖上顯示HV、RSU和危險(xiǎn)路段。更復(fù)雜的交通情況，如十字路口的線路信號(hào)狀態(tài)、傳輸交叉拓?fù)湟材茱@示。這是CANoe可視化的一個(gè)特征。
 
圖23 Map窗口顯示交通參與者和路道信息

3  CANoe的測(cè)試功能

CANoe的測(cè)試功能主要體現(xiàn)在對(duì)真實(shí)OBU（On Board Unit ）和RSU（Road Side Unit）等通訊設(shè)備的測(cè)試，用CANoe制作測(cè)試面板可以使測(cè)試更方便。

Control RSU面板

用于修改危險(xiǎn)路段的危險(xiǎn)類型、危險(xiǎn)路段半徑、危險(xiǎn)路段的經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)，修改的數(shù)據(jù)將通過RSI消息發(fā)送出去。此面板可用于仿真RSU測(cè)試OBU。
 
圖24 Control RSU面板

HV HMI面板

用于顯示HV的預(yù)警信息，顯示的內(nèi)容包括危險(xiǎn)類型的圖片和文字顯示，距離危險(xiǎn)路段距離的文字和柱狀圖顯示。此面板可用于仿真OBU測(cè)試RSU。
 
圖25 HV HMI面板

小結(jié)

看完這篇文章，您是不是對(duì)V2X場(chǎng)景仿真有了更多的了解？而針對(duì)V2X測(cè)試，您或許還有更多的疑問：V2X的射頻性能測(cè)試如何進(jìn)行？接入層一致性如何進(jìn)行？網(wǎng)絡(luò)層/消息層一致性測(cè)試如何進(jìn)行？V2X端到端的硬件在環(huán)仿真如何進(jìn)行？V2X算法仿真測(cè)試如何進(jìn)行？V2X場(chǎng)地仿真測(cè)試如何進(jìn)行？

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