如何设计ADAS系统功能状态机（一）

baoshijie

状态机模块在自动驾驶系统中扮演着关键的角色，它负责管理和控制各个功能的状态转换和行为执行。今天我们来聊聊如何设计自动驾驶系统的状态机。

0.闲谈
作为自动驾驶系统工程师，从参与项目开始，就必不可少的与状态管理模块打交道，因为状态机在系统运行的全功能周期内起管理作用。状态机这个模块，从技术实现角度来说，并没有什么难度，在网上有很多关于FSM(Finite-state machine）的介绍文章，有兴趣可以自行了解。但如何设计得巧妙、周到、精致，却很考验设计者的底蕴与对系统的理解。大部分的ADAS功能都需要状态机进行状态管理，笔者手中就有不下十几份状态机的设计文档，包括FCW/LDW/AEB/ACC/LKA/NOP/APA/AVP等等，设计大相径庭，但细细想来内核却大同小异。其中NOP功能的状态跳转还是比较复杂的，涉及横向、纵向控制与功能降级等逻辑，需要长期的雕琢与迭代才能设计出符合项目要求的效果。笔者最近也在负责APA功能的状态机设计，虽然比较简单，但还是想借此机会对状态机模块做一点总结，也是对以往工作的回顾。1.模块概述

状态机模块的主要作用是跟踪系统的当前状态，并根据特定的事件和条件进行状态转换。它可以根据传感器数据、车辆状态和系统输入来判断当前功能的可用性和执行条件。状态机模块还能够监控系统的运行情况，及时响应来自驾驶决策或用户的指令，并根据需要触发相应的功能执行。

状态机模块通过定义和维护一组状态，以及状态之间的转换条件和行为，确保系统在不同的场景和条件下正确地执行相应的功能。例如，当检测到前方车辆与本车距离过近时，FCW功能会被触发，状态机模块会根据预设的逻辑条件和行为来切换到相应的预警状态，并触发声音或振动等警示措施。

状态机模块的设计需要考虑各个功能之间的优先级、依赖关系和冲突情况。它需要具备灵活性和可扩展性，以应对不同的道路情况和交通场景。比如cat-in、cat-out情景、自动变道时的变道空间判断等等。同时，状态机模块还需要具备高效的算法和实时性能，以保证系统的快速响应和可靠性。

总之，状态机模块在自动驾驶系统中扮演着决策和控制的关键角色。通过有效地管理和控制各个功能的状态转换和行为执行，状态机模块能够确保系统的稳定性、安全性和可靠性，它是实现ADAS功能的基础模块之一。

2.设计原理

状态机的设计原理是基于状态、事件和转换的概念。状态表示系统或功能在某一时刻的特定状态，事件表示触发状态转换的条件，而转换则表示状态之间的切换过程。

首先，需要定义系统或功能的各个状态。状态可以是具体的行为状态，也可以是抽象的控制状态。每个状态都代表了系统的一个特定方面或功能，例如“Standby”、“OFF”、“Parking”等。

接下来，定义触发状态转换的事件。事件可以是传感器的触发信号、用户的输入指令或系统内部的条件判断。通过检测事件的发生，状态机能够判断是否需要进行状态转换。

然后，定义状态之间的转换条件和行为。转换条件是判断是否可以进行状态转换的逻辑条件，例如满足一定的时间限制、特定的传感器数据或用户指令。转换行为是在状态转换时执行的操作，例如触发警报、调整车速或切换到下一个状态。

为了更好地设计和管理状态机，可以使用状态表和状态转换图。状态表是一个表格，列出了系统的各个状态和相应的转换条件。状态转换图则是通过节点和箭头表示各个状态和转换，直观地展示了状态之间的关系和转换规则。


EA示例 状态转换图



EA示例 状态表

在设计状态机时，需要确保其特性，包括确定性、完备性和可达性。

确定性表示每个状态都有明确的转换规则，不会出现歧义或冲突。完备性表示系统的所有可能状态都被考虑到，并定义了相应的转换规则。可达性表示系统能够从任意初始状态达到目标状态，确保状态机的可靠性和稳定性。

通过使用状态机的设计原理，可以清晰地定义系统的各个状态和转换规则，确保系统在不同的条件下正确地执行相应的行为和功能。同时，状态机的设计原理也为系统的扩展和维护提供了便利，使得系统能够适应不断变化的需求和环境。

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今天是端午佳节，是祈福平安、驱邪消灾的日子。笔者在案前借一杯荔枝味的淡色艾尔祝各位同好端午安康，出入平安，妖邪退散！

愿以美酒歌舞为伴的不止端午时节。

好酒沈醉酬佳节，十分酒，一分歌。

                                                   ——苏轼《少年游端午赠黄守徐君猷》