如何設(shè)計(jì)ADAS系統(tǒng)功能狀態(tài)機(jī)（二）

1.定義狀態(tài)

狀態(tài)定義：明確定義系統(tǒng)中的狀態(tài)，確保每個(gè)狀態(tài)都是清晰且互斥的。每個(gè)狀態(tài)應(yīng)該具有明確的含義和行為。

不同的自動駕駛功能可能具有不同的狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)的定義是由功能決定的，系統(tǒng)需要在不同的條件下正確地執(zhí)行相應(yīng)的行為和功能。同時(shí)，狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)原理也應(yīng)該為系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)提供了便利，使得系統(tǒng)能夠適應(yīng)不斷變化的需求和環(huán)境；比如在NOP功能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到如何與LCC/ACC等功能進(jìn)行切換。

L0的ADAS功能，比如FCW/LDW/BSD等等基本不涉及車輛控制，僅起到預(yù)警作用。其狀態(tài)定義也較為簡單，可以分為以下幾個(gè)狀態(tài)：

OFF:系統(tǒng)關(guān)閉，未進(jìn)行工作。

Standby：系統(tǒng)滿足運(yùn)行條件，正在待機(jī)。

Warning：符合預(yù)警觸發(fā)條件，正在報(bào)警。

Inhibit：預(yù)警被用戶抑制。

Error：系統(tǒng)故障。

根據(jù)國標(biāo)法規(guī)要求，Warning狀態(tài)中可能還包括Pre-Warning狀態(tài)。

L1的AEB/LCC等功能僅涉及橫向或縱向的單一控制，比如AEB主要負(fù)責(zé)緊急制動功能，會在FCW Warning后增加Brake的狀態(tài)。而ACC根據(jù)功能定義，會存在Speed Control、Distance Control、Override、Temp Stop等狀態(tài)。LCC則會存在Lane Keeping等狀態(tài)。由此可以看出，狀態(tài)機(jī)主要是為功能服務(wù)，圍繞核心功能而分解為不同狀態(tài)。

State Flow 邏輯系統(tǒng)建模教材 圖來源于筆者

由于L2級別的NOP功能需要同時(shí)對車輛進(jìn)行橫向、縱向控制，主狀態(tài)中的橫向控制和縱向控制狀態(tài)會同時(shí)在運(yùn)行，受限于ODD范圍還存在降級的要求，比如Safe Stop等狀態(tài)，邏輯相對復(fù)雜，對兼容性要求較高。

而泊車功能狀態(tài)機(jī)，當(dāng)然會存在Searching（搜索車位）、Parking（泊車過程）、Suspend（泊車中斷）、Completed（泊車完成）等狀態(tài)。

2.事件定義

事件定義：識別系統(tǒng)中可能發(fā)生的事件，并為每個(gè)事件定義清晰的觸發(fā)條件。事件可以是傳感器輸入、用戶操作或其他系統(tǒng)內(nèi)外的變化。

舉例說明，在很多系統(tǒng)中，OFF->Standby的觸發(fā)事件為“車輛的為IGN ON狀態(tài)”即車輛已經(jīng)上電，這個(gè)事件可以被認(rèn)為是車輛狀態(tài)輸入。Stadnby->Active的觸發(fā)事件可能為“用戶點(diǎn)擊中控屏幕上的功能開啟按鍵”，這個(gè)事件可以被認(rèn)為是用戶操作，等等。

如果系統(tǒng)中存在多個(gè)事件，并且它們可以同時(shí)發(fā)生，那么需要考慮事件的優(yōu)先級。事件優(yōu)先級決定了在多個(gè)事件同時(shí)觸發(fā)時(shí)，哪個(gè)事件會被優(yōu)先處理。例如，緊急制動事件可能具有比前方障礙物檢測預(yù)警事件具備更高的優(yōu)先級。

3.轉(zhuǎn)換規(guī)則

轉(zhuǎn)換規(guī)則：確定狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，即在特定事件發(fā)生時(shí)如何從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)。轉(zhuǎn)換規(guī)則應(yīng)該考慮到系統(tǒng)的邏輯和約束條件。

當(dāng)我們考慮轉(zhuǎn)換規(guī)則時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量全面而細(xì)致，確保狀態(tài)機(jī)的完備性，即確保狀態(tài)之間的所有可能轉(zhuǎn)換都已經(jīng)定義和覆蓋。缺乏完備性可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)未定義的行為或狀態(tài)異常，從而使?fàn)顟B(tài)機(jī)跳入死循環(huán)無法跳出bug。通過仔細(xì)分析系統(tǒng)需求和設(shè)計(jì)，期望確保所有可能的狀態(tài)轉(zhuǎn)換都被考慮和定義。

4.動作和行為

動作和行為：為每個(gè)狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換定義相應(yīng)的動作和行為。這些動作可以是執(zhí)行特定的功能、發(fā)送控制命令、更新狀態(tài)變量等。

當(dāng)我們考慮狀態(tài)時(shí)，可以輔以該狀態(tài)下的工作描述。比如在APA自動泊車系統(tǒng)中，當(dāng)我們進(jìn)入Parking狀態(tài)后，狀態(tài)機(jī)應(yīng)當(dāng)負(fù)責(zé)與車輛控制系統(tǒng)進(jìn)行握手，握手成功后由Control模塊進(jìn)行控車。（此處僅為舉例，握手也可以由其他模塊完成）

5.錯(cuò)誤處理

**錯(cuò)誤處理：考慮系統(tǒng)可能發(fā)生的錯(cuò)誤和異常情況，并為其設(shè)計(jì)相應(yīng)的處理機(jī)制。**包括錯(cuò)誤狀態(tài)的定義、錯(cuò)誤處理流程以及恢復(fù)機(jī)制，一般統(tǒng)一由Error狀態(tài)進(jìn)行處理和管理。

6.代碼生成與測試

**狀態(tài)機(jī)是一個(gè)比較有歷史的東西，很多廠家為了它做了相關(guān)的開發(fā)，方便我們使用和測試。

Stateflow是MATLAB/Simulink中的一個(gè)工具，用于建模和設(shè)計(jì)復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)。它提供了一個(gè)圖形化界面，可以輕松地創(chuàng)建、編輯和調(diào)試狀態(tài)機(jī)模型，并自動生成相應(yīng)的代碼。

Stateflow的主要功能包括以下幾個(gè)方面：

1. 狀態(tài)機(jī)建模 ：Stateflow提供了豐富的建模元素，如狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、事件、條件、動作等，可以直觀地描述系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。通過拖拽和連接這些建模元素，可以輕松地構(gòu)建狀態(tài)機(jī)模型，并定義狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件和相應(yīng)的動作。
2. 事件驅(qū)動 ：Stateflow基于事件驅(qū)動的模型執(zhí)行方式。系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是通過觸發(fā)事件來驅(qū)動的。可以定義各種類型的事件，如輸入信號、定時(shí)器、條件判斷等。當(dāng)滿足轉(zhuǎn)換條件時(shí)，Stateflow會相應(yīng)地執(zhí)行轉(zhuǎn)換并觸發(fā)相應(yīng)的動作。
3. 動作執(zhí)行 ：在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，可以指定特定的動作或行為。這些動作可以是簡單的賦值操作、函數(shù)調(diào)用，或者是復(fù)雜的算法邏輯。Stateflow提供了豐富的動作語言和函數(shù)庫，可以靈活地定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中需要執(zhí)行的動作。
4. 狀態(tài)檢測 ：Stateflow提供了靈活的狀態(tài)檢測機(jī)制，可以檢測系統(tǒng)處于的當(dāng)前狀態(tài)，以及特定條件下的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。這些檢測可以用于系統(tǒng)的監(jiān)控、故障檢測和安全保護(hù)等方面。
5. 代碼生成 ：一旦完成狀態(tài)機(jī)的建模和設(shè)計(jì)，Stateflow可以自動生成相應(yīng)的代碼，以便集成到實(shí)際的系統(tǒng)中。生成的代碼可以是C/C++代碼、MATLAB函數(shù)或Simulink模塊，可以與其他系統(tǒng)組件進(jìn)行無縫集成。

State Flow開發(fā)界面 圖來源于網(wǎng)絡(luò)

開發(fā)界面如上圖所示，總的來說該軟件還是比較好用的，上手簡單，對于代碼能力要求較低，只要跑通流程后，后續(xù)開發(fā)和維護(hù)的難度較小。在調(diào)試方面，該軟件也非常出色，能夠拉出每個(gè)信號的值直接進(jìn)行仿真驗(yàn)證，有助于快速定位和解決問題。

剛畢業(yè)那陣幾個(gè)同屆的小姑娘在軟件組就是負(fù)責(zé)開發(fā)狀態(tài)機(jī)的，后來都做得有聲有色以至于現(xiàn)在都去了各大供應(yīng)商卷了，畢竟這種技能一般還是在Tier 1零部件供應(yīng)商那邊比較有用....

7.結(jié)語

以上是筆者總結(jié)的一些狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，根據(jù)具體的應(yīng)用場景和系統(tǒng)需求，可能會有其他特定的要求和注意事項(xiàng)。在設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)時(shí)，重點(diǎn)是要充分理解系統(tǒng)的功能和目標(biāo)，并與團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行密切合作，確保設(shè)計(jì)的狀態(tài)機(jī)能夠滿足系統(tǒng)的要求和預(yù)期效果。

**在開發(fā)階段，設(shè)計(jì)也可以由簡到繁，先思考清楚有哪幾個(gè)狀態(tài)，確認(rèn)每個(gè)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)條件應(yīng)該包含哪些方面，然后根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度不斷去迭代設(shè)計(jì)。**筆者在項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)時(shí)，在初版需要思考清楚系統(tǒng)邊界，但每個(gè)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)條件可能只有一個(gè)激活信號，或者車速信號；后續(xù)在開發(fā)不斷成熟的過程中，再逐步豐富設(shè)計(jì)，完善子狀態(tài)與跳轉(zhuǎn)條件，這樣能夠使開發(fā)既敏捷又穩(wěn)重。