原创 C-V2X仿真测试之2D虚拟场景搭建探秘 ——CANoe.Car2x开启奇妙之旅

前言

V2X（Vehicle-to-Everything）通过现代通信与网络技术，实现车与外界的信息交换共享，从而帮助汽车实现安全、舒适、节能、高效行驶。

其中V代表车辆（Vehicle），X代表车辆（Vehicle）、路侧设施（Infrastructure）、人（Pedestrian）、网络（Network）等任何可与车辆进行信息交互的对象。所以就有了车与车（V2V）、车与路侧设施（V2I）、车与人（V2P）、车与网络（V2N）的信息交互。

V2X既然应用于车辆，那CANoe这种常规专业工具是否支持V2X的开发、分析、仿真和测试呢？

答案是肯定的，CANoe.Car2x就是为V2X设计的。

现在的CANoe Option.Car2x不仅完美支持欧洲标准、美国标准，更在不断更新以支持不断完善的中国标准，如《GBT 31024.3-2019合作式智能运输系统 专用短程通信 第3部分：网络层和应用》。

图1 Option.Car2x支持的协议

基于国标V2X通信协议之上，汽车工程学会在《合作式智能运输系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准 T_CSAE 53-2017》中，定义了17个V2X一期应用场景。下面，我们用CANoe搭建“道路危险状况提示”V2I应用场景，用以介绍如何使用CANoe进行V2X的场景仿真。

图2 一期应用列表

图片来源：《合作式智能运输系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准 T_CSAE 53-2017》

HLW场景需求和场景设计

需求来源

需求来源于《T_CSAE 53-2017》对“道路危险状况提示”HLW的定义和HLW场景图。

道路危险状况提示（HLW: Hazardous Location Warning）是指，主车（HV）行驶到潜在危险状况（如桥下存在较深积水、路面有深坑、道路湿滑、前方急转弯等）路段，存在发生事故风险时，HLW应用对HV驾驶员进行预警。

本应用适合于城市道路、郊区道路和高速公路等容易发生危险状况的路段或者临时性存在道路危险状况的路段。

HLW应用将道路危险状况及时通知周围车辆，便于驾驶员提前进行处置，提高车辆对危险路况的感知能力，降低驶入该危险区域的车辆发生事故的风险。

图3 RSU提示道路危险状况信息-HLW场景

HLW场景构成

通过需求分析，可以得到HLW场景由以下五点构成：

道路有一危险路段

危险路段上有交通参与者RSU（RoadSideUnit）和HV（HostVehicle）

RSU广播该危险路段的信息

HV能与RSU进行短程无线通信

HV有自己的应用策略，HV根据自己的位置信息，在接收到RSU危险信息后经过计算做出判断，是否发出HLW预警

HLW场景内容

我们按照构成，设计具体场景，场景内容如下：

在北京回龙观西大街主干道上，有一积水危险路段，路段长为200m，路段半径为1m

交通参与者RSU位于回龙观西大街主干道旁；HV以108km/h的速度，由西向东行驶，并通过前方200m处的积水危险路段

RSU以1秒的周期循环对外广播消息

HV接收RSU广播的危险路段消息，且解析该消息

HV的HLW应用策略：当HV距离危险路段小于150m时，HLW应用发出预警，HV的HMI显示预警信息；当HV驶离危险路段后，HLW应用结束预警

CANoe搭建V2I应用工程

建立V2I应用工程

使用Sample Configurations的Car2x-CN工程模板建立V2I应用工程。

图4 Car2x-CN工程模板

建立RSU和HV仿真节点

CANoe建立RSU和HV仿真节点，设置RSU以1s的周期发送RSI（Road Side Information）消息，设置HV以100ms的周期发送BSM（Basic Safety Message）消息。

CANoe初始界面

CANoe 打开工程后，初始界面如下图5：

图5 CANoe初始界面

建立仿真节点

在Simulation Setup窗口中新建2个节点，分别仿真HV和RSU。

图6 建立仿真节点

V2I数据库新建节点和设置节点发送的消息集

打开Car2x Network Explorer后，在数据库里新建RSU和HV两个节点，并设置RSU发送RSI消息，HV发送BSM消息。

图7 V2I数据库新建节点和设置节点发送的消息集

完善HV发送的BSM消息内容

BSM消息内容的完善通过编辑HV的仿真场景来完成

HV的场景编辑包括HV行驶路线和HV行驶状态的编辑

HV的仿真场景通过Car2x Scenario Editor工具编辑，通过Scenario Manager工具加载到CANoe

Car2x Scenario Editor工具

Car2x Scenario Editor工具在CANoe的Tools功能页签下。

图8 场景编辑工具

Car2x Scenario Editor默认界面

Car2x Scenario Editor打开后，默认界面如下图

图9 Car2x Scenario Editor默认界面

编辑HV行驶路线

点击Routes功能栏内的Edit图标，修改路线名称，在Ma地图中拖拽道路到北京回龙观西大街，这样简单的HV行驶路线就编辑完了。

图10 编辑HV行驶路线

新建Station

点击Stations功能栏内New图标，新建仿真车辆，车辆初始名称为Station1。

图11 新建Station

加载HV场景

在CANoe加载Car2x Scenario Editor编辑的HV场景。HV场景通过CANoe Environment功能页签下的Scenario Manager工具进行加载。

图12 场景加载工具

完善RSU发送的RSI消息内容

通过编辑与仿真节点RSU相关联的CAPL脚本，可以完善RSI消息。

如下图13所示的CAPL脚本，在OnPreTxRoadSideInformation函数体内添加相关数据元素的代码。

图13 RSU的CAPL脚本代码

仿真场景示例及CANoe功能简介

下面视频所示是北汇信息搭建的一个HLW仿真测试场景。

在仿真场景中：

添加了HV HMI面板用于显示HLW的预警信息

添加了Control RSU面板用于更改RSU发送的危险路段信息

CANoe的仿真功能

通过CANoe搭建V2I应用工程后，相信大家已经对CANoe的仿真功能有了更多的了解：

CANoe能够仿真Vehicle、Infrastructure等通信设备发送和接收V2I消息

通过CANoe自带的场景制作工具Scenario Editor，在时间轴上配置行为，以设计现实的驾驶场景

CANoe还可以联合CarMaker、DYNA4等3D场景制作软件一起仿真

CANoe的分析功能

Trace窗口

CANoe将接收到的BSM消息和RSI消息按照《GBT 31024.3-2019》 定义的格式进行解析。

如果CANoe接收到的消息格式与定义的不一样，CANoe就会报出解析错误和警告指示。

Trace窗口显示内容包括包属性显示、协议解释、应用消息解码、签名检查、协议分析等。

图14 Trace窗口解析消息

Map Window窗口

在地图上显示HV、RSU和危险路段。更复杂的交通情况，如十字路口的线路信号状态、传输交叉拓扑也能显示。这是CANoe可视化的一个特征。

图15 Map窗口显示交通参与者和路道信息

CANoe的测试功能

CANoe的测试功能主要体现在对真实OBU（On Board Unit ）和RSU（Road Side Unit）等通讯设备的测试，用CANoe制作测试面板可以使测试更方便。
Control RSU面板

用于修改危险路段的危险类型、危险路段半径、危险路段的经纬度坐标数据，修改的数据将通过RSI消息发送出去。此面板可用于仿真RSU测试OBU。

图16 Control RSU面板

HV HMI面板

用于显示HV的预警信息，显示的内容包括危险类型的图片和文字显示，距离危险路段距离的文字和柱状图显示。此面板可用于仿真OBU测试RSU。

图17 HV HMI面板

小结

看完这篇文章，您是不是对V2X场景仿真有了更多的了解？而针对V2X测试，您或许还有更多的疑问：V2X的射频性能测试如何进行？接入层一致性如何进行？网络层/消息层一致性测试如何进行？V2X端到端的硬件在环仿真如何进行？V2X算法仿真测试如何进行？V2X场地仿真测试如何进行？

注：部分图片信息来源于Vector

参考文献

[1]《合作式智能运输系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》（TCSAE 53-2017）

[2]《GBT 31024.3-2019 合作式智能运输系统 专用短程通信 第3部分：网络层和应用》

[3]《基于LTE网络的车联网无线通信技术 -总体技术要求》

[4]《基于LTE的车联网无线通信技术 -网络层技术要求》

[5]《基于LTE的车联网无线通信技术 -消息层技术要求》[6]《基于LTE的车联网通信 -安全技术要求》