智联网汽车技术 课件 8.4有限状态机法.pptx

有限状态机法项目三汽车决策控制系统任务8智能决策系统智能网联汽车技术主讲人：曾鑫

课程导入A环境感知B规划决策C控制执行决策控制系统中，一个核心问题是如何设计汽车的决策模块，使汽车能根据不同的驾驶环境状况，做出正确的决策行为。

学习目标理解什么是有限状态机，说明它的概念、组成、分类和应用方法。设计一个汽车决策系统的有限状态机模型01

学习任务根据不同的驾驶场景，定义各种状态01根据事件条件设定状态之间的转移关系，以及各状态的动作执行模块02

激活旧知自动驾驶汽车的核心系统包含哪些部件吗？它们各自的作用是什么？先在导航软件中输入目的地不同路径的距离和预计用时对各条路径进行对比分析选择最合适的一条进行导航

探索新知概念有限状态机（Finite-StateMachine，简称FSM）又被称为有限自动机，是用于描述特定状态之间转移和动作转换的数学模型。

探索新知概念1、总体的状态数量为有限个一个状态机系统不能包含无限多个状态，状态的个数是有限的。

探索新知概念2、在任意时刻状态机都处于一个特定的状态下一个状态机在某一时刻只会处于一个状态，不可能同时处于多个状态。

探索新知概念3、当特定的事件发生满足转移条件，触发了状态转移后，还会执行相应的动作导致状态机从一个状态转移到另一个状态的条件被满足时，就会发生状态转移；在转移的同时，状态机还会进行某个动作或操作。

探索新知概念3、当特定的事件发生满足转移条件，触发了状态转移后，还会执行相应的动作当前是红灯时，当计时结束事件发生，就会由红灯状态转移到绿灯状态，并切换交通灯的颜色。一个交通灯状态机包含红灯、绿灯两个状态停车换道超车避让缓慢行驶状态机模型通过构建有限的有向连通图来描述不同的驾驶状态以及状态之间的转移关系，从而根据驾驶状态的迁移反应式地生成驾驶动作。

探索新知组成状态A转移B事件C动作D

探索新知组成用于描述对象的形态一个量，存在于整个过程之间，分别有初始状态、最终状态、转移后状态等，系统处于某种状态是由特定的事件触发所来决定的。状态描述了状态机在某一个时刻的情况。状态导致有限状态机状态发生变化的输入，通常是由特定的转换过程和特定的输入格式。事件是外部对状态机的刺激或触发。事件

探索新知组成各个状态间可以相互切换的转换路径，特定的事件发生满足状态转换条件则就会在相应的状态之间进行转移。转移描述了在发生某事件时，状态从一个转到另一个的过程。转移表示状态转移后执行的具体操作行为，也是有限状态机不可以分割的一部分。动作发生在转移的同时。动作

探索新知组成一个交通灯状态机，红灯是其中一个状态，计时结束是事件，从红灯到绿灯是转移，切换灯光颜色是动作，状态、事件、转移和动作共同构成一个状态机系统。

探索新知分类串联式并联式混联式有限状态机状态分解

探索新知分类1、串联式结构串联式结构的有限状态机系统，是指输出仅仅和系统状态有关，与输入信号无关。其子状态按照串联结构连接，状态转移大多为单向，不构成环路。串联式结构如一个程序流程图，从开始状态执行到结束状态，状态间线性连接。这种结构逻辑明确、规划推理能力强，但对复杂问题的适应性较差。联式结构的有限状态机状态组合逻辑输入状态寄存器输出逻辑输出

并联式结构各子状态相对独立，根据不同输入激活不同状态。这种结构遍历状态广，模块性好，但系统缺乏时序性，状态划分容易出现灰色地带。探索新知分类2、并联式结构并联式结构是指输出与系统状态和输入均有关系的有限状态机。各子状态输入、输出呈现多节点连接结构，根据不同输入信息，可直接进入不同子状态进行处理并提供输出。并联式结构状态机原理图状态组合逻辑输入状态寄存器输出组合逻辑输出

探索新知分类3、并联式结构混联结构既有串联又有并联，结合两者优点。它层级化连接状态，典型方法是顶层并联，底层串联。混联结构层级清晰，可处理复杂情况，是较典型的状态机结构。

探索新知应用有限状态机法是经典的决策方法，因其实用性与稳定性在无人车决策系统中广泛应用，目前已比较成熟。

探索新知应用010203040506070809010203040506070809初始状态结束任务拥堵路段行驶掉头向前行驶躲避障碍车道跟随路口处理停车等待

探索新知应用在FSM中，每一个驾驶状态对应智能汽车的一个驾驶行为，随着驾驶行为的分类增多，状态转移的复杂程度成倍攀升，可能会导致结构混乱，由此产生了层次状态机(HierarchicalStateMachine，HSM)。

探索新知应用HSM为了应对状态过多的问题，将其进行分类，卡内基梅龙大学开发的Boss无人车采用的HSM模型。根据场景分为车道保持行为、交叉路口应对行为和实现车辆指定姿态，再根据车辆可能的采取的行为对每个上层行为匹配相应的下层行为。

探索新知应用中国科学技术大学研发的智能驾驶II号行为决策系