车载应用边缘人工智能系统设计

作者：莱迪思

边缘人工智能（AI）的快速发展，正在改变我们设计、构建以及与机器交互的方式。通过将计算能力部署在更靠近数据产生的终端侧，边缘人工智能摆脱了对云端的依赖，将智能数据处理、分析与决策功能，直接赋能至分布式传感器与终端设备。

随着边缘系统日益普及且功能愈发强大，其推动业务变革的潜力也随之不断提升。以工业场景为例，边缘侧具备的实时、情境感知式决策能力，能够助力新一代人机界面（HMI）落地应用。这些边缘驱动的解决方案助力工业用户解锁更深层次的运营洞察，并为打造更具可持续性的工厂运营模式提供支撑。

然而，边缘人工智能解决方案的影响远不止于工厂车间。在汽车行业，这些分布式智能系统正重新定义车辆如何感知、响应并学习其周围环境。通过安全可靠的边缘系统协同工作，车辆能够提供更安全、更智能且更个性化的驾驶体验。

边缘AI与汽车行业：完美契合

汽车设计师和制造商向来是新技术应用的先锋，边缘人工智能亦不例外。现代车辆已超越其作为单纯交通工具的传统角色，成为“车轮上的服务器”，将汽车功能与计算机智能深度融合。这类智能汽车搭载了功能升级的车载信息娱乐服务、面向驾乘人员的个性化功能，以及可辅助泊车、安全驾驶乃至实现自动驾驶控制的高级驾驶辅助系统（ADAS）。

总体而言，这些智能汽车解决方案的采用率正持续攀升：预计到2030年，全球汽车人机界面市场规模将达到301亿美元，年复合增长率为11.55%。这在很大程度上源于车载系统复杂且追求性能的需求，与边缘AI的独特优势天然契合。
边缘AI解决方案非常适合汽车应用，因其具备以下能力：
•        降低实时决策的延迟，助力车辆对内外环境的各类刺激做出快速响应。
•        支持更直观的用户体验（UX）功能，包括眼动追踪和语音控制，以提高驾驶员安全性。
•        实现更可靠的自动驾驶功能，确保关键系统在“信号盲区”也能持续运行。

然而，设计这些边缘系统绝非易事，尤其是在汽车应用场景下。

车载系统开发的难点

在任何环境中设计开发边缘AI系统都颇具挑战，而在汽车这一有限空间内则更是难上加难。工业部署往往拥有充裕的空间、电力和专用基础设施，而车载系统则必须在更为严格的限制下提供同等水平的可靠智能运行。

除了电力和物理空间有限外，汽车边缘AI系统还必须能够同时执行一系列处理任务。从存在检测到深度感知、手势追踪、面部和/或物体识别、视线映射等，并发处理对于车辆的安全可靠运行至关重要。

工程师还需考虑的其他独特因素包括：
•        车辆寿命。车辆预期运营年限远超边缘硬件和软件的典型生命周期长度。
•        移动性。汽车环境更难控制。持续的运动、振动和温度波动给车辆硬件带来多重机械应力。
•        高风险环境下的安全挑战：联网汽车在穿梭于各类网络、行驶于不同地域的过程中，会暴露在形形色色的攻击路径之下。
•        驾驶员和乘客安全。这必须始终放在首位，要求从边缘传感器到处理器的每个组件都具备稳定可靠的运行表现。

要满足这些需求，就必须在功能、效率与安全性之间取得微妙平衡。而这一切，都要从硬件层面着手。

支持汽车边缘AI解决方案的技术

构建可靠的边缘AI系统——无论是在汽车还是工业环境中——都需以优质的硬件组件与通信协议作为坚实基础。

汽车工程师必须利用强化边缘AI核心优势的解决方案：紧凑的外形尺寸、低功耗、设计灵活性、强大的计算性能，以及可靠的设计即安全运行机制。

所幸的是，汽车工程师已在稳步推进能够满足这些需求的解决方案落地。经过精简与优化的AI模型，可在维持核心处理与推理能力的同时，降低计算开销。车载以太网技术助力实现高速低延迟的连接，满足了海量传感器数据实时传输的需求。先进的神经网络与机器学习框架，则能帮助车辆自主适配各类行驶工况，保障驾乘人员的安全。

为这些解决方案提供支撑的，是各类专业且高性能的硬件组件，它们能在车载环境的限制条件下运行，同时提供充足的处理能力。这类硬件包含现场可编程门阵列（FPGA）等半导体器件，其小巧的体积、低功耗和并行处理能力与边缘AI解决方案的工作负载需求高度契合。工程师可定制FPGA等芯片以支持特定任务，从而实现传感器数据融合、推动边缘端数据处理，且不会给车辆整体系统带来过重负荷。

这些软硬件一体化的解决方案，正共同重新定义汽车行驶领域的技术边界。搭载边缘AI技术的车载系统，能够支持各类创新功能，包括：

•        有效的自动制动和其他安全功能。
•        语音和手势控制。
•        预测性维护监测。
•        内外部视觉处理。
•        自动调光和其他照明增强功能。
•        具备充分安全性的空中（OTA）系统更新。

打造更智能、更安全、更可靠的车辆

汽车行业正处在向更智能、更安全、更互联的车辆升级演进的关键节点。边缘AI技术将成为这场变革的核心驱动力。通过在现有系统架构内优化软硬件设计，汽车工程师能够打造出具备实时感知与响应能力的智能汽车，从而全面提升驾乘人员的安全保障与整体用车体验。

展望未来，我们将看到车辆被重新构想为自适应、情境感知的系统，它们能够从环境中学习并与操作员无缝交互。今天的汽车创新将为定义高效、互联和以人为本的驾驶体验的新时代智能交通奠定基础。