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Vehicle Model ​

源码路径: modules/common/vehicle_model/

概述 ​

VehicleModel 提供基于运动学自行车模型的车辆状态预测功能。给定当前车辆状态和预测时间跨度，通过欧拉前向离散化方法推算未来时刻的车辆位置、航向、速度等状态量。该模块假设控制指令（曲率、加速度）在预测时域内保持不变。

目前仅实现了后轴中心运动学自行车模型（REAR_CENTERED_KINEMATIC_BICYCLE_MODEL），质心动力学自行车模型和 MLP 模型已定义但尚未支持。

核心类 ​

VehicleModel ​

无实例化的纯静态工具类，构造函数已删除：

cpp
class VehicleModel {
 public:
  VehicleModel() = delete;

  static VehicleState Predict(const double predicted_time_horizon,
                              const VehicleState& cur_vehicle_state);

 private:
  static void RearCenteredKinematicBicycleModel(
      const VehicleModelConfig& vehicle_model_config,
      const double predicted_time_horizon,
      const VehicleState& cur_vehicle_state,
      VehicleState* predicted_vehicle_state);
};
  • 命名空间: apollo::common
  • 依赖: VehicleState（vehicle_state proto）、VehicleModelConfig（vehicle_model_config proto）、VehicleConfigHelper

核心函数 ​

Predict ​

cpp
static VehicleState Predict(const double predicted_time_horizon,
                            const VehicleState& cur_vehicle_state);

公共入口函数，执行流程：

  1. 通过 FLAGS_vehicle_model_config_filename 加载 VehicleModelConfig 配置文件
  2. 校验模型类型，拒绝 COM_CENTERED_DYNAMIC_BICYCLE_MODEL 和 MLP_MODEL（尚未实现）
  3. 根据模型类型分派到对应的私有预测方法
  4. 返回预测后的 VehicleState

RearCenteredKinematicBicycleModel ​

cpp
static void RearCenteredKinematicBicycleModel(
    const VehicleModelConfig& vehicle_model_config,
    const double predicted_time_horizon,
    const VehicleState& cur_vehicle_state,
    VehicleState* predicted_vehicle_state);

后轴中心运动学自行车模型的核心实现。使用欧拉前向离散化逐步推进状态：

  • 时间步长: 从配置读取 dt（默认 0.06s），不超过总预测时域

  • 状态更新公式（每步）:

    cpp
    intermidiate_phi = cur_phi + 0.5 * dt * cur_v * kappa;
next_phi = cur_phi + dt * (cur_v + 0.5 * dt * cur_a) * kappa;
next_x = cur_x + dt * (cur_v + 0.5 * dt * cur_a) * cos(intermidiate_phi);
next_y = cur_y + dt * (cur_v + 0.5 * dt * cur_a) * sin(intermidiate_phi);
next_v = cur_v + dt * cur_a;

  • 假设: 曲率 kappa 和加速度在预测时域内恒定，z 轴位置不变

  • 输出: 设置预测状态的 x、y、z、heading、kappa、linear_velocity、linear_acceleration

配置 ​

配置通过 protobuf 文件定义，由 gflag FLAGS_vehicle_model_config_filename 指定路径。

Proto 定义 ​

protobuf
message VehicleModelConfig {
  enum ModelType {
    REAR_CENTERED_KINEMATIC_BICYCLE_MODEL = 0;
    COM_CENTERED_DYNAMIC_BICYCLE_MODEL = 1;
    MLP_MODEL = 2;
  }
  optional ModelType model_type = 1;
  optional RearCenteredKinematicBicycleModelConfig rc_kinematic_bicycle_model = 2;
  optional ComCenteredDynamicBicycleModelConfig comc_dynamic_bicycle_model = 3;
  optional MlpModelConfig mlp_model = 4;
}

message RearCenteredKinematicBicycleModelConfig {
  optional double dt = 1;
}

默认配置 ​

text
model_type: REAR_CENTERED_KINEMATIC_BICYCLE_MODEL
rc_kinematic_bicycle_model: {
    dt: 0.06
}

调用关系 ​

text
VehicleModel::Predict()
  |
  +-- cyber::common::GetProtoFromFile()   // 加载配置
  |
  +-- RearCenteredKinematicBicycleModel()  // 运动学自行车模型预测
        |
        +-- 循环: dt 步进 Euler 离散化
              |
              +-- 更新 x, y, phi, v

典型调用方为控制模块和预测模块，在需要根据当前车辆状态推算未来轨迹时调用 VehicleModel::Predict()。

贡献者

The avatar of contributor named as Steven Moder Steven Moder

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