自动驾驶—CARLA仿真（7）vehicle_physics demo

PythonAPI/examples/vehicle_physics.py

carla_vehicle_physics

这是一个 车辆物理特性演示示例 ，用于展示 CARLA 中两种施加外力的方式------冲量（Impulse） 与 力（Force） ------对车辆运动状态的影响，并验证二者在特定条件下的等效性。

---

🔑 主要模块解析

1. print_step_info(world, vehicle)：实时打印车辆状态

• 功能 ：输出当前仿真帧中车辆的关键物理量：
  • 帧号、仿真时间
  • 加速度（x, y, z）
  • 速度（x, y, z）
  • 位置（x, y, z）
• 用途：便于观察施加冲量/力后车辆的动态响应（如垂直方向的跳起）。

---

2. wait(world, frames=100)：同步等待工具函数

• 功能 ：推进仿真指定帧数（frames），每帧调用 world.tick()。
• 作用 ：
  • 让车辆在施加外力前静止稳定
  • 在每次测试后留出足够时间观察效果
  • 重置状态前确保车辆已停止运动

---

3. 仿真环境初始化

settings.fixed_delta_seconds = 0.1
settings.synchronous_mode = True
world.apply_settings(settings)

• 启用 同步模式（确保精确控制仿真步长）
• 设置固定时间步长 Δt = 0.1 秒（用于后续冲量与力的换算）

---

4. 车辆生成与视角设置

vehicle_bp = blueprint_library.filter(arg.filter)[0]

• 从蓝图库中按 --filter 参数（默认 "model3"）选择车辆；

vehicle_transform.location.z += 3

• 将出生点 Z 坐标抬高 3 米（避免与地面碰撞干扰）

spectator_transform.location += vehicle_transform.get_forward_vector() * 20

• 设置观察者（Spectator）位于车辆后方 20 米，面向车辆（便于观察垂直跳动）

---

5. 核心测试逻辑：冲量 vs 力

✅ 步骤一：施加冲量（Impulse）

impulse = 10 * car_mass  # 单位：N·s（牛·秒）
vehicle.add_impulse(carla.Vector3D(0, 0, impulse))

• 物理意义：瞬间给予车辆一个向上的动量变化
• 效果：车辆垂直向上"跳起"，随后受重力下落

✅ 步骤二：施加等效力（Force）

force = impulse / delta  # = (10 * mass) / 0.1 = 100 * mass （单位：N）
vehicle.add_force(carla.Vector3D(0, 0, force))

• 关键说明 （来自注释）： add_force 本应用于持续作用的力 ，但此处为演示等效性，

  将冲量 I 等效为在单个仿真步长 Δt 内施加的恒力：F = I / Δt

• 预期效果 ：与冲量测试产生几乎相同的初始跳起效果

✅ 状态重置机制

每次测试后执行：

vehicle.set_transform(vehicle_transform)      # 重置位置/朝向
vehicle.set_target_velocity(carla.Vector3D(0, 0, 0))  # 清零速度
wait(world)                                  # 等待稳定

• 确保两次测试初始条件完全一致，结果可比

---

6. 参数解析与入口

• 支持命令行参数：
  • --host：CARLA 服务器 IP（默认 localhost）
  • --port：端口（默认 2000）
  • --filter：车辆筛选关键字（默认 "model3"，实际应为 "vehicle.*model3*"，但脚本取第一个匹配项）
• 使用 try...finally 确保退出时恢复原始仿真设置并销毁车辆

---

🎯 核心物理概念演示

方法	API	物理定义	适用场景
冲量（Impulse）	add_impulse(vector)	瞬时动量变化 I = Δp = F·Δt	碰撞、爆炸、瞬间推力
力（Force）	add_force(vector)	持续作用力 F = dp/dt	引擎推力、风阻、持续外力

💡 本脚本通过 F = I / Δt 在单步内模拟等效冲量，直观展示二者关系。

---

✅ 总结：脚本核心价值

该测试用例是 CARLA 车辆物理控制 API 的教学范例，重点演示：

1. 如何在同步模式下精确控制外力施加
2. add_impulse 与 add_force 的使用区别与联系
3. 通过状态重置实现可重复的物理实验
4. 利用质量、时间步长进行物理量换算

适用于开发者理解 CARLA 的底层物理交互机制。