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。

——————————————————

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》

mqh0386

在设计ADAS系统的功能状态机时，首要考虑的是系统的稳定性、安全性和可靠性。状态机模块作为自动驾驶系统的核心组成部分，负责管理和控制各功能的状态转换与行为执行。设计巧妙的状态机需要考虑以下几个方面：

一、清晰定义每个状态及其转换条件，确保各状态之间的无缝过渡。

二、为异常和紧急情况设计专门的状态和处理机制，确保系统在面对突发情况时能做出正确响应。

三、注重状态机的可维护性和可扩展性，以便随着系统功能的增加和升级，状态机能够轻松地进行调整。

四、充分利用现有技术，如基于有限状态机（FSM）的设计，结合ADAS系统的实际需求进行优化。

五、在设计中注重测试与验证，确保状态机的性能满足预期。

综上所述，设计优秀的状态机需深入理解系统需求，结合实践经验，注重细节，持续优化。

mengmianren

作为汽车工程师，在设计ADAS系统功能状态机时，我们需注重模块的设计质量、精确性和实用性。状态机作为自动驾驶系统的核心部分，负责管理和控制各功能的转换与执行。设计状态机时，首要考虑系统的整体架构与需求，确保状态机的设计与之相匹配。采用有限状态机（FSM）原理进行设计，保证系统运行的逻辑性和可预测性。在设计过程中，需关注以下几点：

一、明确系统所有可能的状态及状态间的转换条件，确保状态机的完整性。
二、设计状态机的结构要清晰、简洁，便于后期的维护和升级。
三、注重状态机的安全性和稳定性，确保在异常情况下能快速恢复到预设的安全状态。
四、进行充分的测试验证，确保状态机的设计在实际应用中能够正常运行。
综上，设计优秀的状态机需深入理解系统需求，结合实践经验与理论知识，不断进行迭代优化。

mqh0386

设计ADAS系统的功能状态机是自动驾驶系统中的一项核心任务，它负责管理和控制各功能的状态转换与行为执行。在设计状态机时，需考虑以下几点：

一、明确系统需求与功能划分，确定各状态下的行为及状态间转换条件。

二、采用分层或模块化的设计思路，确保状态机的结构清晰，便于后期维护与升级。

三、注重状态机的鲁棒性设计，确保在各种异常情况下系统能平稳过渡至安全状态。

四、充分利用现有技术，如FSM（有限状态机），并结合自动驾驶系统的特点进行创新设计。

五、设计过程中需充分测试，确保状态机的可靠性与安全性。未来，随着自动驾驶技术的不断发展，状态机的设计将更为智能与高效。期待与您共同探索这一领域的更多可能。