前言
本文详细介绍CARLA的动力学模型，以便开发者能更加得心应手地使用CARLA。
什么是车辆动力学？
车辆动力学是研究车辆在不同驾驶条件下的运动和力学特性的学科。它涉及到汽车的运动、操作和控制，以及汽车所受到的各种力和力矩。
在车辆动力学的研究中，需要考虑多种复杂的因素，如车辆的重量、重心位置、空气阻力、摩擦力、惯性等。这些因素会对车辆的运动产生影响，从而影响驾驶者的操控感受和车辆的安全性能。车辆动力学主要研究以下几个方面： 为了在仿真世界中实现车辆动力学，首先需要实现物理引擎；下面简要介绍一下CARLA底层采用的Unreal Engine（虚幻引擎，简称UE）的物理引擎。
UE的物理引擎
目前业界主要有三大物理引擎，分别是PhysX、Havok、Bullet。PhysX：由NVIDIA开发的实时物理模拟引擎，广泛用于游戏开发，提供高性能、精确和逼真的物理模拟功能。Havok：一款可靠且广泛应用的物理引擎，提供出色的碰撞检测和物体模拟功能，被广泛应用于游戏和影视制作领域。Bullet：开源的物理引擎，具有广泛的跨平台支持，并以其稳定性和高性能而闻名，被广泛应用于游戏和动画领域。Unreal Engine(简称UE)原生默认支持PhysX物理引擎解决方案，这也是大部分项目常用的技术方案。与此同时，UE 从4.23版本之后，也推出了Unreal Chaos物理系统。对于大多数项目而言，Unreal PhysX基本能够满足需求，可以良好地支持常规场景查询和物理模拟。Chaos的主要技术目标是实现大规模物理可破坏组件的使用。如果项目具有大量高级物理模拟和可破碎建筑，那么使用Chaos会带来更稳定和高效的性能。在一般场景查询方面，PhysX的性能优于Chaos，只有在处理高级大规模可破坏物体模拟时，Chaos才能展现其优势。CARLA用于模拟车辆在各种复杂交通场景下的自动驾驶性能，较少涉及破碎效果的模拟。因此，对于CARLA来说，PhysX物理系统是个不错的选择（UE从V5开始，抛弃了PhysX，如果要使用UE5或为更长远做打算，也建议选用Chaos）。
UE 的车辆动力学
CARLA当前版本（0.9.15）基于UE4.26，这个版本的UE同时支持PhysXVehicles和ChaosVehicles（前者被标记为deprecated），但基于上面的分析，CARLA中依旧选用了PhysXVehicles。
我们来对比一下这两个插件的组成部分，可以看出二者功能是相似的：
可以在 UnrealEditor -> Edit -> Plugins 中搜索到PhysXVehicles插件。
车轮
车轮作为汽车基础部件，被定义在名为VehicleWheel的类中。车轮拥有多个参数，其中部分重要的参数如下：车轮位置（Location）和速度（Velocity）也是车轮参数的一部分，可以用于定位和测量车轮的状态。
车辆运动组件
汽车运动组件的核心在于UWheeledVehicleMovementComponent4W，它实现了四轮车辆的动态表现。其中包含的参数集不容忽视，包括但不限于以下几个：
车辆引擎
车辆引擎是汽车动力组件中不可或缺的一部分，下面是该部分的各项参数和功能。
变速器
变速器是车辆运动组件的一个部分，数据详细如下：
CARLA的车辆动力学
CARLA车辆的基类是CarlaWheeledVehicle，它继承自PhysXVehicle组件的WheeledVehicle。生成车辆时，这个类的构造函数初始化了VehicleBounds和baseMovementComponent，前者用于保存和获取车辆的长宽高，后者是继承于UE的MovementComponent的移动组件类。在这个类的BeginPlay函数中，设置了车门以及初始化了轮胎摩擦力。另外类中有一些设置（Setter）和获取（Getter）函数，包括车辆状态、控制信号、BoundingBox、物理（动力学）特性等。
CARLA支持UE PhysX车辆动力学，也支持CarSim车辆动力学，默认为前者。
VehicleControl是一个结构体，包括了控制车辆所需的所有变量，即油门、转向、刹车等。当车辆接收到输入的控制信号时，CARLA车辆移动组件会调用ProcessControl函数来将控制信号应用到车辆上。
其中第3行GetVehicleMovementComponent函数是PhysXVehicle组件的一个API，用于获取车辆的移动组件：
最后，CARLA车辆的物理特性用VehiclePhysicsControl来表示，其包含了上文中的部分物理特性，另外还有2个关于车辆本身的物理特性：
如果要在CARLA中设置车辆的动力学参数，例如下面这样即可：
CARLA Vehicle的apply_physics_control方法会在被调用的下一帧将参数应用到车辆上。
总结