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# 关键接口与数据约定
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## 坐标系和单位
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`Shared/` 的统一约定：
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- 位置：m；线速度：m/s；角度：rad；角速度：rad/s。
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- 真实车体坐标系：X向前、Y向左、逆时针为正。
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- 原始世界坐标来自Detour；位姿在 `DetourVehicleStateProvider.ReadDetourObservation()` 边界由mm/deg转换为m/rad，再通过任务坐标变换生成连续控制位姿。
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- `AngleMath` 的弧度归一化范围是 `[-π, π)`，角度范围是 `[-180°, 180°)`。
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- `Pose2D` 表示局部坐标系在父坐标系中的位姿；变量名使用 `XxxInYyy` 说明关系。
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- `Twist2D` 不携带坐标系标签，必须由变量名、外层类型或接口契约说明。
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旧版 `CommonUsage` 底盘接口使用混合单位：轮子位置和 `ControlPointRadius` 为mm，`SendMotion` 舵角与 `CarSpeed.Vw` 为deg/deg/s，线速度为m/s。单位转换应只出现在Shared适配边界。
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## Shared 数据模型
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文件：`Shared/Models/MotionModels.cs`。
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| 类型 | 语义 |
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| `Point2D` | 二维位置或向量，单位m |
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| `Pose2D` | 二维位置和朝向，单位m/rad |
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| `Twist2D` | 同一点处的 `Vx`、`Vy`、`Omega`，单位m/s、rad/s |
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| `VehicleLayout` | 单车车体系在车队系中的位姿；当前仅数据模型 |
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| `FleetMotionCommand` | 车队参考点及该点速度；当前尚无车队分配执行器 |
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坐标变换集中在 `FrameTransform2D`；有限值检查集中在 `NumericGuard`；角度处理集中在 `AngleMath`。
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## 轨迹契约
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文件：`MultiWheelC/Trajectory/`。
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### `TrajectoryPoint`
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- `ArcLengthMeters`：按预定执行点序从起点累计的弧长，首点必须为0。
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- `PoseInWorld`：车体中心参考位姿；Yaw始终表示车头方向，不因倒车改为车尾方向。
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- `CurvaturePerMeter`：沿弧长增加/执行点序定义，左弯为正。
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- `ReferenceSpeedMetersPerSecond`：轨迹切线方向的有符号车体中心参考平移速度，绝对值是速度模长，正值前进、负值倒车、0停车。
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### `Trajectory2D`
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- 至少两个点，弧长严格递增，相邻位置不能重合。
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- 弧长增量必须与离散线段长度在容差内一致。
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- 当前是空间轨迹，以弧长插值位置、Yaw、曲率和参考速度；没有时间戳，也不是时间参数化轨迹。
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- `SampleAtArcLength()` 和 `TrajectoryProjector` 共用 `InterpolateSegment()`，避免两套插值语义。
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### `TrajectoryProjector`
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- 首周期可全轨迹搜索；后续控制器使用上次弧长附近窗口，当前常量为后退0.10m、前进1.00m。
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- 距离并列时优先接近上次进度，降低交叉或平行轨迹跳段风险。
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- `LateralErrorMeters` 相对轨迹点序判断左右，轨迹位于车辆左侧时为正。
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- `HeadingErrorRadians` 是参考车头航向减实际车头航向的最短角差。
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测试轨迹由 `Experiments/TestTrajectoryFactory.cs` 生成，不是正式规划层。直线和曲线速度同号；负速度表示倒车，测试工厂不支持在同一条曲线中直接切换前进/倒车方向。
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## 状态接口
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### `DetourInterface.getCartLocation()`
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当前引用接口返回的定位对象包含：
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- `x`、`y`：Detour世界坐标，单位mm。
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- `th`：车体航向，单位deg。
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- `tick`：定位源时间；实车静态记录确认可按`.NET DateTime.Ticks`转换，同时必须保留原始整数用于诊断。
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- `l_step`：Detour定位过程的质量/步骤相关指标，精确定义和正式阈值待Detour文档确认；实车正常静态基线包含2和周期性单帧3，不能将3直接判为异常。
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`DetourVehicleStateProvider` 使用 `x/y/th` 生成控制位姿，使用 `tick` 区分重复、新到和倒退帧，并保留 `l_step` 供诊断。`l_step` 当前不作为单一硬门限：实车数据中既出现过高 `l_step` 后恢复，也出现过低 `l_step` 但位姿创新异常的情况。状态时间仍使用本机单调 `Stopwatch`；`Experiments/DetourStaticDiagnosticTest.cs` 可只读记录原始字段、接口耗时、帧间差和轮组反馈。
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当前继续设计状态层所需的Detour侧最小信息是：`getCartLocation()` 返回的是可能重定位跳变的全局/map位姿还是连续里程计位姿；`tick` 对应采集、解算还是发布时刻及缓存语义；`l_step` 的状态含义；现有接口是否另有连续里程计位姿/速度或定位有效、重定位状态。无需以取得Detour源码为前提，部署版本、里程计和单线激光SLAM配置截图可用于核对实际运行配置。以上信息尚待Detour侧确认。
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### `IVehicleStateProvider`
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```text
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bool TryGetState(out VehicleState state)
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```
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返回 `false` 表示当前状态不可用；`ParkingGeometricController` 会主动停车、重置反馈控制器并等待下一周期恢复。
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### `VehicleState`
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- `SampleTimestampSeconds`：状态源单调时钟时间。
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- `PoseInWorld`：当前任务控制世界系中的车体中心位姿；初始化时与Detour世界系对齐，确认有限坐标阶跃后可通过内部变换保持任务连续，不保证始终等于原始Detour坐标。
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- `TwistInWorld`、`TwistInBody`：同一刚体速度的两种表达。
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- `HasValidVelocityEstimate`：速度反馈是否已建立有效时间基准；无效时构造器将速度置零。
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### 默认组合状态源
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`ParkingVehicleStateProviderFactory.Create()` 创建：
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- `DetourVehicleStateProvider`：读取Detour位姿，处理源时间、重复帧、运动合理性、预测创新、静止确认和跳变候选；候选确认期间使用轮组速度短时预测控制位姿。确认后的有限小坐标偏移可更新 `controlFromDetour` 以保持当前任务坐标连续，超限或未恢复时将状态置为不可用。
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- `WheelFeedbackVehicleStateProvider`：调用 `MultiWheelChassis.GetCarSpeed(true)`，低通滤波车体 `Vx`、`Vy` 和由deg/s转换为rad/s的 `Vw`。最终 `VehicleState` 的平面速度使用轮组 `Vx/Vy`，Omega仍使用Detour估计；轮组 `Vw` 只提供给Detour短时运动预测和动态航向合理性判断。
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默认滤波参数来自 `PilotConfig.ParkingControl.cs`：Detour线速度0.15s、Detour角速度0.20s、轮组反馈 `Vx/Vy/Vw` 统一为0.10s。
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跳变处理的重要边界：航向创新允许量随 `|Vw| × Detour源帧间隔` 增加；候选若在近似原地自转期间开始，则整个候选确认过程禁止自动改写任务坐标系。默认候选确认窗口为0.60s，窗口内输出轮组预测状态，超时后完整位姿安全返回不可用。
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完整轨迹控制仍通过 `TryGetState()` 要求位置和航向均有效。原地自转则由 `WheelFeedbackVehicleStateProvider.TryGetHeadingRadians()` 获取独立可靠航向：仅位置异常时可进入 `PositionUnavailableHeadingAvailable`，不会中断正在进行的航向闭环；航向异常仍会停止动作。到达目标并停止驱动后，`MultiWheelRotateInPlace` 调用 `BeginPostRotationPositionRecovery()`，在原有3帧、0.60s及最大自动平移/航向偏移限制内恢复完整位姿，恢复失败时不释放下一运动段。
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`TrackingExperimentRecorder` 已记录原始/滤波轮组 `Vx/Vy/Vw`、轮组采样时刻、Detour `tick/l_step`、数据年龄和源帧间隔、轮速预测时刻、实际/允许的位置与航向创新、候选触发原因、估计器状态及不可用原因。创新和源帧间隔只在收到Detour新帧时更新；若CSV记录频率高于Detour帧率，后续记录行会重复最近一个新帧的诊断值，分析时应按 `DetourTickRaw` 去重或分组。
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## 控制接口
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### `PathTrackingContext`
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一次控制周期的只读快照，包含：`VehicleState`、`TrajectoryProjection`、处理后的控制参考速度、预瞄曲率、真实 `deltaTime` 和运动方向β。
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`ActualLongitudinalSpeedMetersPerSecond` 是完整车体平面速度沿β方向的投影：
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```text
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Vβ = cos(β)·Vx_body + sin(β)·Vy_body
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```
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因此45°/90°蟹行不能只使用车体 `Vx` 判断纵向速度。
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当前速度闭环和执行边界的语义并不完全相同：纵向PID与Stanley实际速度分母使用 `Vβ`（Stanley也可按配置改用参考速度），而 `GcpMotionCommand.SpeedMetersPerSecond` 和旧版 `SendMotion.speed` 表示带行驶方向符号的车体中心平移速度模长。正常圆弧理想跟踪时 `Vy=0`，两者相等；只有横向误差共同转角产生非零 `Vy` 时，模长与 `Vβ` 才相差余弦因子。当前最大命令速度仍限制最终发送的模长。
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### `ILateralController`
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- `Compute(PathTrackingContext)` 返回 `LateralControlCommand`。
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- `Reset()` 清除跨周期状态。
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- 默认实现 `StanleyLateralController` 输出前后GCP角度：横向误差形成共同转角，航向误差和曲率前馈形成差动转角；倒车时按行驶方向修正符号。
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- `TrajectoryTrackingMovement.LateralControllerFactory` 是替换Stanley的动作级扩展点。
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### `ILongitudinalController`
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- `ComputeSpeedMetersPerSecond(PathTrackingContext)` 返回有符号中心命令速度。
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- 默认 `PidLongitudinalController` 使用轨迹参考速度前馈叠加实际速度PID反馈，带死区、积分限制和最大命令速度；参考明确为0时禁止反向速度纠偏。
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### GCP命令
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- `LateralControlCommand`：前后GCP目标角度，以及共同/差动分量。
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- `GcpCommandAllocator`：分别限制前后GCP角度并与纵向速度组合。
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- `GcpMotionCommand`：进入底盘执行前的有符号速度和前后GCP角度，SI单位。
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- `GcpCommandExecutor`：限制GCP角速度，保存 `LastRequestedCommand`/`LastSentCommand`，转换为 `Twist2D` 后执行。
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对称前后GCP位于当前运动系的 `(±R, 0)`。依据刚体速度关系 `v(point)=v(center)+ω×r`：
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```text
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Vfront = (Vx, Vy + ωR)
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Vrear = (Vx, Vy - ωR)
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```
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因此 `Vy` 形成前后同向的共同转角，`ωR` 形成前后反向的差动转角。正常圆弧的理想车体速度为 `(v, 0, v·κ)`，曲率通过差动转角实现，并不要求车体系存在 `Vy`。
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## 底盘命令接口
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### `MultiWheelChassisAdapter.SendBodyTwist`
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输入始终是真实车体系 `Twist2D`：
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- 平移和角速度均近零：立即停车。
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- 平移近零、角速度非零：要求真实车体系已激活，调用 `SendXYThSpeed` 做纯自转。
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- 平移非零：使用动作开始前已经准备并激活的固定β运动系，转换为前后GCP方向并调用旧版 `SendMotion`。
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运动中不通过 `Vx/Vy` 猜测模式；模式由“停车→舵轮预对齐→`ActivateMotionFrame(β)`”显式确定。命令若几乎垂直于当前运动系X轴会停车并拒绝执行。
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`MultiWheelChassisAdapter` 构造时读取旧底盘 `GetOriginBias().Z`，按 `β=-biasZ` 同步内部缓存；这不是SLAM Yaw，也不会切换坐标系或转动舵轮。真正切换由 `ActivateMotionFrame(β)` 调用 `SetOriginBias(0, 0, -β)` 完成，旧底盘随后把真实轮位重新表达在β运动系中。
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滚动命令在 `SendRollingTwistInActiveMotionFrame()` 中按 `R(-β)` 将真实车体系平面速度转换到已激活运动系；角速度在二维旋转变换下不变。传给 `SendMotion` 的前后GCP角度均相对该运动系X轴，速度绝对值为 `sqrt(Vx²+Vy²)`，正负号取运动系 `Vx` 的方向。倒车方向由速度符号表达，GCP角度保持为相对行驶方向的等效机械方向，避免无意义旋转180°。
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### `MultiWheelChassis.SendMotion`
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输入是车体中心有符号平移速度模长、当前运动系中的虚拟前后GCP方向。前后GCP法线交点确定ICR；每个真实轮子使用其运动系位置计算切线舵角和半径速度比例。机械限位通过等效舵角/反向轮速解析，无法满足时返回失败原因。
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## 配置接口
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- `PilotConfig` 是Clumsy运行配置模型；`[FieldMember]` 字段提供默认值和宿主显示/持久化元数据。
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- `PilotDefinition.Conf` 是C层动作实际读取的运行配置对象。
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- `MultiWheelC/Configuration/PilotConfig.ParkingControl.cs` 集中停车状态估计、Stanley、纵向PID、原地自转、舵轮准备、GCP与完成条件参数。
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- 动作中的 nullable 覆盖字段用于特定动作段或测试；为空时使用车辆配置。车辆级限速和通用控制参数不应在普通实验中随意覆盖。
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- `参考文档/*.json` 是样例/实车复制资料；当前源码未发现这些JSON被 `PilotDefinition.Conf` 自动读取的入口。
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运行时配置文件格式、位置和覆盖优先级由外部Clumsy宿主决定，当前仓库内待确认。
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## M/C IO与MCU边界
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- C层 `PilotDefinition` 和M层 `DiverCartDefinition` 使用 `[AsUpperIO]`/`[AsLowerIO]` 对齐夹臂命令、驱动使能、位置反馈和车号等字段。
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- `DiverCartDefinition.CommunicationInit()` 默认通过Windows `COM4`、`1,000,000 baud` 打开MCU桥；`MCUPort` 是可配置初始化参数。
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- MCU内部配置为逻辑端口0：CAN `500,000 bit/s`；逻辑端口1～3：串口 `9,600 bit/s`。`MCURoutine.BatteryPortIndex = 3` 指MCU桥逻辑端口，不等同于Windows `COM3`。
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- CAN命令/反馈范围集中在 `MCURoutine.cs`：驱动命令 `0x201～0x20A`，速度/位置反馈 `0x281～0x28A`，状态 `0x181～0x18A`，舵角 `0x18B～0x18E`，远程帧 `0x701～0x70A`。
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- `MCUSerialBridgeCLR.cs` 是 `mcu_serial_bridge.dll` 的P/Invoke封装；本仓库源码目录未包含该本机库。
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CAN ID、串口参数、IO位和驱动方向属于实车安全边界，未经明确要求不得修改。
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