自动驾驶软件中应用层软件的开发设计分析

自动驾驶软件中，除了大家经常听到的感知、规划、机器学习、车辆控制等外，还有一部分，虽然听起来没有算法那些高大上，但是对整车功能的体验，至关重要，那就是应用层软件，主要负责功能状态机和与整车的人机交互。

01.

功能状态机

功能状态机是指各项自动驾驶功能的运行状态机，比如车道偏离预警 Lane Departure Warning (LDW)、自适应巡航 Automated Adapt Cruise (ACC)、高速智能领航辅助Navigation on HIPilot（NOH）等等。

这些看起来仅仅是一些逻辑跳转，但是这些是感知、规划炫酷的前提，也就是说只有应用层检查相关的条件OK，才会启用相关功能，而且这一部分也非常复杂，因为每个功能都有一个状态机，而自动驾驶通常有十几个功能，意味着十几个状态机，有些还耦合。

下面以ACC功能的状态机来讲讲，图1就是ACC的状态机。

▲图1 ACC功能的状态机

从图中可以看出ACC功能分三个大的状态，分别为ACC off、ACC on、ACC active。这个状态机仅仅是从ACC的功能标准中摘取出来，各家主机厂考虑的点不同，会存在差异，但是整体框架肯定是一样的。

ACC off到ACC on

ACC功能在初始化阶段，状态机是处于ACC off状态，当软件完成初始化，各个模块完成就绪，并且没有任何异常，状态机会切到ACC stand-by，意味着ACC功能就绪，可以激活。

ACC stand-by到ACC active

这个状态的跳转是驾驶员按下了方向盘上的激活按键，按键信号通过网关透传到自动驾驶控制器，控制器在收到激活信号之后，检查当前条件是否满足，比如是不是相关的故障、关联件状态是否OK等，当跳转条件检测OK之后，状态就会条状到ACC active，这会儿也就是进入了ACC，车辆开始受控了，在ACC active内部又有几种状态，包括速度控制和距离控制，这些是根据当前环境来自动切换的。

ACC active到ACC on

这个状态很好理解，就是驾驶员按了退出按键，或者是有一些功能抑制条件满足，比如：

1.作用在方向盘上的手力矩过大； 2.方向盘转角速率过大；

3.踩了制动踏板；

ACC active到ACC off或者ACC on到ACC off

这两种状态机的跳转，通常是由于软件检测到异常，导致功能不可用，比如有故障发生，或者是驾驶员突然解开安全带等等。

02.

人机交互

当前，大部分对比谁家自动驾驶更加厉害，通常是对比谁家的功能更牛逼，这是无可厚非的，但是人机交互也很重要，这关系到人们的驾驶体验，愿不愿意用这个功能，别用着用着就功能推出了，也没有任何提示。 人机交互主要包括仪表显示和语音提示。 仪表显示主要是包括道路、车模的显示，这里主要比的是谁家的更炫酷点，谁家的显示的更加准确，更有意思。

语音提示就更加好理解，比如当功能激活的时候，需要报ACC功能已激活，当退出时，需要报功能已退出。当双目遮挡时，报当前双目遮挡，等等，这里也主要是一些逻辑性的东西，很繁琐，各种各样的语音提示。  

03.

脱手检测

下面来看看大众ID.4X的脱手检测功能是怎么设计的，首先从硬件上，方向盘配备了三区电容式传感器，可以探测接触在方向盘的位置，是手抓还是膝盖碰触，是左侧还是右侧，如下图所示。

▲图3大众ID4的方向盘结构

方向盘脱手识别（Hand Off Decetion)传感器检测电容值并发给E-BOX，J1158分析电容值信号得到驾驶员手握状态评估信号，并通过LIN发送给网关，网关将HOD电容值信号和手握状态评估信号发送给MFK/ACC，MFK综合分析HOD手握状态信号、方向盘扭矩信号和是否偏离车道等信号，判断是否发送报警信号“请接管方向盘”给仪表。

▲图4 大众ID4的脱手检测逻辑

编辑：黄飞