Управление климат контролем vag по шине can

Использование шины CAN: как программно управлять автомобилем

Изменение температуры кондиционера Ford Fusion при помощи команд через шину CAN.

Автор: Ariel Nuñez
Изменение температуры кондиционера Ford Fusion при помощи команд через шину CAN.

Рисунок 1: Как при помощи приложения управлять ключевыми функциями автомобиля?
Недавно я вместе со своими друзьями из компании Voyage работал над реализацией программного управления системой кондиционирования в Ford Fusion. На данный момент Voyage занимается разработкой бюджетных самоуправляемых автомобилей. Конечная цель: чтобы каждый смог вызвать автомобиль к своей входной двери и безопасно путешествовать туда, куда вздумается. В компании Voyage считают крайне важной возможностью предоставление доступа к ключевым функциям автомобиля с заднего кресла, поскольку не за горами тот день, когда работа водителя будет полностью автоматизирована.
Зачем нужна шина CAN
Современные автомобили используют множество систем управления, которые во многих случаях функционируют подобно микро-службам в веб-разработке. Например, подушки безопасности, тормозные системы, регулирование скорости движения (круиз контроль), электроусилитель руля, аудиосистемы, управление окнами и дверями, подстройка стекл, системы зарядки для электрических автомобилей и т. д. Эти системы должны уметь осуществлять коммуникацию и считывать параметры друг друга. В 1983 в компании Bosch началась разработка шины CAN (Controller Area Network; Локальная сеть контролеров) для решения этой сложной задачи.
Можно сказать, что шина CAN представляет собой простую сеть, где каждая система автомобиля может считывать и отсылать команды. Эта шина интегрируется все сложные компоненты элегантным образом, что дает возможность реализовать всеми любимые функции автомобиля, которыми мы пользуемся.

Рисунок 2: Впервые шина CAN стала использоваться в 1988 году в БМВ 8 серии
Самоуправляемые автомобили и шина CAN
Поскольку интерес к разработке самоуправляемых автомобилей серьезно вырос, соответственно, словосочетание «шина CAN» также становится популярным. Почему? Большинство компаний, создающих самоуправляемых автомобилей, не занимаются производством с нуля, а пытаются научиться программно управлять машинами после выхода с конвейера фабрики.
Понимание внутреннего устройства шины CAN, используемой в автомобиле, позволяет инженеру формировать команды при помощи программного обеспечения. Самые нужные команды, как вы можете догадаться, связаны с управлением рулем, ускорением и торможением.

Рисунок 3: Введение в LIDAR (ключевой сенсор самоуправляемого автомобиля)
При помощи сенсоров наподобие LIDAR (light detecting and ranging; оптическая локационная система) машина способна смотреть на мир как суперчеловек. Затем компьютер внутри автомобиля на базе полученной информации принимает решения и посылается команды в шину CAN для управления рулем, ускорение и торможением.
Не каждый автомобиль способен стать самоуправляемым. И по некоторым причинам компания Voyage выбрала модель Ford Fusion (подробнее о причинах можно почитать в этой статье).
Исследование шины CAN в Ford Fusion
Перед началом исследования систем кондиционирования воздуха в Ford Fusion я открыл мою любимую книгу The Car Hacker’s Handbook. Перед погружением в суть вопроса заглянем в Главу 2, где описываются три важные концепции: протоколы шины, шина CAN и CAN-фреймы.
Шина CAN
Шина CAN начала использоваться в американских легковых машинах и небольших грузовиках с 1994 года и с 2008 года в обязательном порядке (в европейских автомобилях с 2001 года). В этой шине предусмотрено два провода: CAN high (CANH) и CAN low (CANL). Шина CAN использует дифференциальный сигналинг, суть которого заключается в том, что при поступлении сигнала на одном проводе вольтаж повышается, а на другом понижается на одну и ту же величину. Дифференциальный сигналинг используется в средах, которые должны быть малочувствительны к шуму, например, в автомобильных системах или при производстве.

Рисунок 4: Необработанный сигнал шины CAN, отображаемый на осциллографе
С другой стороны, пакеты, передаваемые по шине CAN, не стандартизированы. Каждый пакет содержит 4 ключевых элемента:

АрбитражныйID (ArbitrationID) представляет собой широковещательно сообщение, идентифицирующее устройство, которое пытается начать коммуникацию. Любое устройство может отсылать несколько арбитражных ID. Если в единицу времени по шине отсылаются два CAN-пакета, пропускается тот, у которого ниже арбитражный ID.
Расширение идентификатора (Identifierextension;IDE) – в случае с шиной CAN стандартной конфигурации этот бит всегда равен 0.
Код длины данных (Datalengthcode;DLC) определяет размер данных, который варьируется от 0 до 8 байт.
Данные. Максимальный размер данных, переносимых стандартной шиной CAN, может быть до 8 байт. В некоторых системах происходит принудительное дополнение пакета до размера 8 байт.

Рисунок 5: Формат стандартных CAN-пакетов
CAN фреймы
Для того чтобы включить / выключить климатическую систему мы должны найти нужную шину CAN (в автомобиле таких шин несколько). В Ford Fusion есть как минимум 4 задокументированные шины. 3 шины работают на высокой скорости 500 кбит/с (High Speed CAN; HS) и 1 шина на средней скорости 125 кбит/с (Medium Speed CAN; MS).
К порту OBD-II подключено две высокоскоростные шины HS1 и HS2, однако там стоит защита, которая не позволяет подделывать команды. Вместе с Аланом из компании Voyage мы вынули порт OBD-II и нашли места соединения со всеми шинами (HS1, HS2, HS3 и MS). На задней стенке OBD-II все шины подключались к модулю шлюза (Gateway Module).

Рисунок 6: Homer – первое самоуправляемое такси от компании Voyage
Поскольку климатическая система управляется через медиа-интерфейс (SYNC), нам придется отсылать команды через среднескоростную шину (MS).
Чтение и запись CAN-пакетов осуществляется при помощи драйвера и сетевого стека SocketCAN, созданного исследовательским отделом компании Volkswagen для ядра в Linux.
Мы будем подсоединять три провода от машины (GND, MSCANH, MSCANL) к переходнику Kvaser Leaf Light HSv2 (можно купить за 300$ на Амазоне) или к CANable (продается за 25$ на Tindie) и загружать на компьютере со свежим Linux-ядром шину CAN в качестве сетевого устройства.

После загрузки запускаем команду candump can0 и начинаем отслеживать трафик:

Несмотря на то, что вышеуказанная информация эквивалентна амплитуде звукового сигнала, довольно трудно понять, что происходит, и обнаружить какие-либо закономерности. Нам нужно нечто похожее на частотный анализатор, и такой эквивалент есть в виде утилиты cansniffer. Cansniffer показывает список идентификаторов и позволяет отслеживать изменения в секции данных внутри CAN-фрейма. По мере того как мы будем изучать определенные идентификаторы, мы можем установить фильтр нужных ID, которые имеют отношение к нашей задаче.
На рисунке ниже показан пример информации, снятой при помощи cansniffer с шины MS. Мы отфильтровали все, что имеет отношение к идентификаторам 355, 356 и 358. После нажатия и отпускания кнопок, связанных с подстройкой температуры, в самом конце появляется значение 001C00000000.

Рисунок 7: Информация с шины MS, снятая при помощи утилиты cansniffer
Далее необходимо объединить функционал для управления климатической системой с компьютером, работающим внутри автомобиля. Компьютер работает на операционной системе ROS (Robot Operating System; Операционная система для роботов). Поскольку мы используем SocketCAN, то модуль socketcan_bridge серьезно упрощает задачу по преобразованию CAN-фрейма в блок информации, понимаемый операционной системой ROS.
Ниже показан пример алгоритма декодирования:

Полученные данные хранятся в CelsiusReport.msg:

После нажатия всех нужных кнопок в машине, у нас появляется следующий список:

Затем эти строки отсылаются на узел под управлением операционной системы ROS и далее происходит трансляция в коды, понимаемые автомобилем:

Читайте также: Can шина toyota mark

Заключение
Теперь мы можем создавать и посылать те же самые коды в шину CAN, которые формируются при нажатии физических кнопок, связанных с повышением и понижением температуры, что дает возможность удаленного изменения температуры автомобиля при помощи приложения, когда мы находимся на заднем сидении автомобиля.

Рисунок 8: Удаленное управление климатической системой автомобиля
Это лишь небольшой шаг при создании самоуправляемого такси вместе со специалистами компании Voyage. Я получил массу положительных эмоций во время работы над этим проектом. Если вы тоже интересуетесь этой темой, можете ознакомиться со списком вакансий в компании Voyage.

Источник

Хакаем CAN шину авто. Виртуальная панель приборов

В первой статье «Хакаем CAN шину авто для голосового управления» я подключался непосредственно к CAN шине Comfort в двери своего авто и исследовал пролетающий траффик, это позволило определить команды управления стеклоподъемниками, центральным замком и др.

В этой статье я расскажу как собрать свою уникальную виртуальную или цифровую панель приборов и получить данные с любых датчиков в автомобилях группы VAG (Volkswagen, Audi, Seat, Skoda).

Мною был собран новый CAN сниффер и CAN шилд для Raspberry Pi на базе модуля MCP2515 TJA1050 Niren, полученные с их помощью данные я применил в разработке цифровой панели приборов с использованием 7″ дисплея для Raspberry Pi. Помимо простого отображения информации цифровая панель реагирует на кнопки подрулевого переключателя и другие события в машине.

В качестве фреймворка для рисования приборов отлично подошел Kivy для Python. Работает без Иксов и для вывода графики использует GL.

CAN сниффер из Arduino Uno
Подслушиваем запросы с помощью диагностической системы VAG-COM (VCDS)
Разработка панели приборов на основе Raspberry Pi и 7″ дисплея
Софт панели приборов на Python и Kivy (UI framework)
Видео работы цифровой панели приборов на базе Raspberry Pi

Под катом полная реализация проекта, будет интересно!

Водительская дверь открыта

CAN сниффер из Arduino Uno

Чтобы послушать, что отправляет VCDS в CAN шину я собрал сниффер на макетке из Arduino и модуля MCP2515 TJA1050 Niren.

Схема подключения следующая:

Для прослушивания трафика использовал анализатор CanHackerV2 и прошивку arduino-canhacker для Arduino, которая реализует API совместимое с этой программой. Прошивка в гите https://github.com/autowp/arduino-canhacker.

CanHackerV2 позволяет смотреть пролетающий трафик, записывать и проигрывать команды с заданным интервалом, что очень сильно помогает в анализе данных.

Подслушиваем запросы с помощью диагностической системы VAG-COM (VCDS)

Описание VCDS с официального сайта ru.ross-tech.com:

Программно-аппаратный сканер VCDS предназначен для диагностики электронных систем управления, устанавливаемых на автомобилях группы VAG. Доступ ко всем системам: двигатель, ACP, АБС, климат-контроль, кузовая электроника и т.п., считывание и стирание кодов неисправностей, вывод текущих параметров, активация, базовые установки, адаптация, кодирование и т.п.

Подключив сниффер к линиям CAN_L и CAN_H в диагностическом шнурке я смог увидеть какие запросы делает VCDS и что отвечает авто.

Особенность авто группы VAG в том, что OBD2 разъем подключен к CAN шине через шлюз и шлюз не пропускает весь гуляющий по сети трафик, т.е. подключившись в OBD2 разъем сниффером вы ничего не увидите. Чтобы получить данные в OBD2 разъёме нужно отправлять шлюзу специальные запросы. Эти запросы и ответы видно при прослушивании трафика от VCDS. Например вот так можно получить пробег.

В VCDS можно получить информацию почти с любого датчика в машине. Меня в первую очередь интересовала информация, которой вообще нет на моей приборке, это:

температура масла
какая именно дверь открыта

Скорость, обороты, температура ОЖ, пробег, расход, место в баке и другие запросы я тоже получил, для справки размещу.

Разработка панели приборов на основе Raspberry Pi и 7″ дисплея

В качестве аппаратной части я выбрал Raspberry Pi. Была идея использовать Android планшет, но показалось, что на Raspberry Pi будет проще и быстрее. В итоге докупил официальный 7″ дисплей, и сделал CAN шилд из модуля TJA1050 Niren.

OBD2 штекер использовал от старого ELM327 адаптера.

Используются контакты: CAN_L, CAN_H, +12, GND.

Тесты в машине прошли успешно и теперь нужно было все собрать. Плату дисплея, Raspberry Pi и блок питания разместил на куске черного пластика, очень удачно подобрал пластмассовые втулки, с ними ничего не болтается и надежно закреплено.

Местом установки выбрал бардачок на торпедо, которым я не пользуюсь. По примеркам в него как раз помещается весь бутерброд.

Напильником довел лист черного пластика до размера крышки бардачка, к нему прикрепил бутерброд и дисплей. Для прототипа сойдет, а 3D модель с крышкой для дисплея и всеми нужными крепежами уже в разработке.

Софт панели приборов на Python и Kivy (UI framework)

Параллельно со сборкой самой панели приборов я вел разработку приложения для отображения информации с датчиков. В самом начале я не планировал какой либо дизайн.

Первая версия панели приборов

По мере разработки решил визуализировать данные более наглядно. Хотел гоночный дизайн, а получилось, что-то в стиле 80-х.

Вторая версия панели приборов

Продолжив поиски более современного дизайна я обратил внимание какие цифровые приборки делают автопроизводители и постарался сделать что-то похожее.

Третья версия панели приборов

Ранее, я никогда не разрабатывал графические приложения под Linux поэтому не знал с чего начать. Вариант на вебе простой в разработке, но слишком много лишних компонентов: иксы, браузер, nodejs, хотелось быстрой загрузки. Попробовав Qt PySide2 я понял, что это займет у меня много времени, т.к. мало опыта. Остановился на Kivy — графический фреймворк для Python, простой в понимании с полной библиотекой графических элементов и дающий возможность быстро создать мобильный интерфейс.

Kivy позволяет запускать приложение без Иксов, прямо из консоли, в качестве рендера используется OpenGL. Благодаря этому полная загрузка системы может происходить за 10 секунд.

Алгоритм работы следующий, используется 3 потока:

В главном потоке работаем с графическими элементы (спидометр, тахометр, часы, температуры и др) на экране
Во втором потоке каждые 5 мс делаем опрос следующего датчика
В третьем потоке слушаем CAN шину, получив ответ парсим его и обновляем соответствующий графический элемент

Работает стабильно, самый долгий процесс в разработке был связан с рисованием дизайна. На данный момент обкатываю решение и потихоньку пишу мобильное приложение для iOS, чтобы любой мог попробовать цифровую панель приборов.

Проект цифровой панель приборов открытый. Рад буду предложениям и комментариям!

Видео работы цифровой панели приборов на базе Raspberry Pi

Приложение на телефон Виртуальная панель приборов

Для телефона написал приложение — виртуальная панель приборов, данные от машины передаются через ELM327 Wi-Fi адаптер. Адаптер подключается в OBD2 разъем, делает запросы по CAN шине и возвращается ответы в приложение по Wi-Fi.

Приложение VAG Virtual Cockpit уже в AppStore. Пока, что только под iPhone/iPad, но Android версия планируется. Приложение решил сделать платным с минимальной символической стоимостью.
Если есть желание поддержать проект, то вот ссылка на приложение, принимаю любые замечания и предложения!
VAG Virtual Cockpit

Источник