8. 车辆抽象与 Stage

本文描述 autonomy/vehicle 车辆抽象层及 Stage 2D 仿真配置占位。

8.1 Vehicle 模块架构

VehicleServer
    │
    ▼
Vehicle (VehicleInterface 默认实现)
    │
    ├─ Initialize(model)     # 加载 VehicleModel
    ├─ ApplyCommand(cmd)     # 发送控制（待接仿真/硬件）
    └─ GetVehicleInfo(info)  # 查询状态
         │
         ▼
KinematicsControl::ApplyLimits(cmd)  # 速度/加速度限幅

8.2 VehicleInterface

文件：autonomy/vehicle/common/vehicle_inteface.hpp

方法	说明
`Initialize(model)`	加载尺寸、动力学约束
`GetVehicleInfo(info)`	返回速度、加速度等状态
`ApplyCommand(cmd)`	下发 `KinematicsControlCommand`

设计意图：ApplyCommand 未来可对接：

Gazebo 差速插件
真实底盘驱动
nav_test 积分器

8.3 Vehicle 当前实现

// vehicle.hpp 注释摘要
// ApplyCommand()：暂时只缓存最近一次控制指令，
// 实际硬件/仿真下发逻辑留作 TODO。

状态字段缓存在 VehicleInfo 中，供上层查询期望值。

8.4 KinematicsControl

职责：基于 VehicleModel 对 Twist 限幅：

约束	字段
最大线速度	`max_linear_speed`
最大倒车速度	`max_reverse_speed`
最大角速度	`max_angular_speed`
线/角加速度	`max_linear_acceleration`, `max_angular_acceleration`

数学：见 03_math.md §3.6。

统一处理差速、全向、Ackermann 的 \(v_x, v_y, \omega_z\) 限幅。

8.5 VehicleModel（Proto）

autonomy/vehicle/proto/vehicle_options.proto 定义：

机器人尺寸（长、宽、高）
运动学类型（diff_drive / holonomic / ackermann）
速度、加速度、转向角上限

8.6 Stage 仿真配置

8.6.1 simulation.lua

AUTONOMY_SIMULATION = {
    stage = {
        world_file = "configuration_files/simulation/world/willow-erratic.world",
        map_file = "configuration_files/simulation/map/willow-erratic.yaml",
    },
    pedsim = { },
}

仓库内实际存在 config/simulation/world/cave.world，与 lua 中 willow-erratic 路径不一致。

8.6.2 cave.world 内容

元素	说明
`pioneer2dx_with_laser`	机器人实例 `robot_0`
`hokuyolaser`	270° 2D 激光
`camera_realsens_d435`	RGB-D 相机
`floorplan "cave"`	16×16 m 洞穴地图（`maps/cave.png`）

Player/Stage 格式，可独立用 Stage 运行，无本仓库 C++ 客户端。

8.6.3 Pedsim 占位

pedsim = {} 预留行人仿真，未实现。

8.7 统一仿真后端（规划）

class StageSimulator : public VehicleInterface {
    bool ApplyCommand(const KinematicsControlCommand& cmd) override {
        // 转发至 Stage position2d 接口
    }
};

class GazeboSimulator : public VehicleInterface {
    // 经 ROS topic 发布 cmd_vel
};

SimulationServer 根据 simulation.lua 选择后端实例化。

8.8 与 nav_test 的整合建议

将 IntegrateDiffDrive 移入 Vehicle::ApplyCommand：

bool Vehicle::ApplyCommand(const KinematicsControlCommand& cmd) {
    KinematicsControl limits(model_);
    auto limited = cmd;
    limits.ApplyLimits(&limited);
    // 调用仿真后端积分
    simulator_->Step(limited, sim_dt_);
    return true;
}

nav_test 改为持有 Vehicle 而非直接调用 IntegrateDiffDrive。