端到端自动驾驶相较传统自动驾驶到底有何提升？

[首发于智驾最前沿微信公众号]自动驾驶技术自诞生以来，便承载了人类对安全、高效、智能出行的美好憧憬。传统自动驾驶系统以层次化、模块化的架构为主，将感知、定位、规划与决策、控制四大核心功能分别拆解，由各自专业模块独立承担，再通过预定的接口协议将信息有序传递。与之相对照，“端到端”（end-to-end）自动驾驶以统一的大规模神经网络为核心，将从摄像头、雷达、激光雷达等传感器采集到的原始数据直接映射为驾驶控制指令，极力简化中间环节。同样是自动驾驶解决方案，端到端自动驾驶与传统自动驾驶有何区别?

传统自动驾驶方案

在传统自动驾驶架构中，第一步是感知（Perception），其主要任务是识别周围环境中的静态物体（如道路、障碍物、交通设施）与动态目标（如行人、车辆、自行车等）。感知模块通常依赖多种传感器的融合，例如激光雷达能够提供精确的三维点云信息，毫米波雷达具有较好的抗恶劣天气能力，而摄像头则能捕捉丰富的视觉细节。各传感器数据经过校准与同步后，通过深度学习或经典算法进行目标检测、跟踪与语义分割，生成对环境的高层认知。

在完成感知后，定位模块则负责为车辆确定精确的位置与姿态，它常结合全球导航卫星系统（GNSS）、惯性测量单元（IMU）与高精度地图，通过卡尔曼滤波、粒子滤波等算法，将车辆实时定位于已知地图坐标系中。定位精度直接影响后续路径规划和控制的可靠性，一般需要达到厘米级别。

路径规划与决策层在感知与定位结果的基础上，结合交通规则与驾驶策略，计算出安全且舒适的行驶路径。这里包括全局规划（确定从起点到终点的宏观路线）与局部规划（针对当前车道、交通状况动态生成可执行轨迹）。决策过程还需考虑如避让行人、与其他车辆协同行驶等与其他交通参与者的交互。

控制模块将轨迹信息转化为具体的转向角、加速度与制动命令，并通过车辆底层执行单元精确实施，以确保车辆按照规划路径行驶。整个传统架构的优点在于模块职责明确、易于逐步优化与验证，各环节专业分工使工程团队能够针对不同问题逐个攻关。然而，模块化设计也带来了接口耦合复杂、信息丢失或误差传递、系统调试成本高以及难以对全局最优进行统一优化等挑战。

端到端自动驾驶方案

端到端自动驾驶的概念最早由学术界提出，NVIDIA在2016年展示的DAVE-2系统就属于端到端架构。该系统利用单摄像头图像直接预测转向角，并通过深度卷积神经网络一次性完成从感知到控制的映射。近年来，端到端方法逐渐扩展至更多传感器输入，融合立体视觉、激光雷达点云等多源数据，以提高对复杂场景的理解能力。

端到端系统采用大规模神经网络作为唯一核心，网络架构通常包括特征提取层、时序建模层（如长短期记忆网络或时序卷积网络）和输出层。特征提取层负责将高维的原始传感器数据转换为紧凑的中间表征，时序建模层则捕捉驾驶过程中的动态关联与上下文信息，输出层直接预测车辆的控制命令或高阶行为指令（如“左转”、“加速到 60 公里/小时”）。训练过程中，系统以大量人工驾驶数据或仿真数据为监督，通过最小化预测输出与真实驾驶动作之间的误差来更新网络参数。

端到端方法的最大特点在于极简化了系统架构，不再需要显式地划分感知、定位、规划等子模块，也就规避了子系统间接口定义与兼容性的问题。网络在学习过程中能够自发地形成对环境的综合理解，并对不同输入信号进行加权融合，实现从数据到控制的一体化建模。由于省去了大量人工设计的中间环节，端到端系统理论上具备更强的全局最优潜力，在给定目标函数下，整个神经网络能够在训练阶段学习到最优的中间表征，而不必在模块间人为分割优化目标。

当然吗，端到端方法也并非万能。可解释性问题一直是业界关注的焦点。模块化系统中，每个子模块内部运行原理相对清晰，工程师可以通过日志与可视化手段定位某一环节的故障；而端到端网络内部的抽象特征往往难以直接解释。虽然近年来出现了多种可视化技术（如Grad-CAM、神经网络可视化等）尝试揭示网络关注区域，但距离达到工业级可验需求尚有距离。

端到端的数据需求也极为庞大。端到端系统要想覆盖实际道路上的各种复杂场景，需要在各种光照、天气、路况以及稀有极端情况下均有足够的训练样本。相比之下，传统系统通过模块化手段可以针对特定场景进行补充采集与算法优化，而端到端方法往往需要从头在整个网络中融入新样本，否则新场景的表现会远逊于专业针对性优化的模块。

此外，安全验证和法规合规也是端到端方法面临的重要难题。现行自动驾驶法规与安全标准多基于分层、模块化的架构设定测试与认证流程，如分别对感知精度、定位精度、决策合理性与控制鲁棒性进行逐级验证。而端到端系统缺乏明确的中间环节，难以按照现有标准拆分测试，一旦出现事故追责也面临“黑盒”难解的挑战。因此，很多技术方案中对端到端的采纳更为谨慎，多数厂商选择在部分功能（如车道保持或障碍物避让）上进行试点验证，并在整个系统中保留传统架构的安全保险模块。

在实际工程实践中，也有技术方案开始探索“插件式”或“混合式”端到端方法，将端到端网络嵌入到传统架构中，以兼顾两种方法的优势。端到端网络可用于生成“建议路径”或高阶行为意图，而传统规划与控制模块根据安全规则与物理约束对建议进行最终修正与执行。这样既能发挥深度网络对复杂环境的理解优势，又能确保系统在安全与法规方面具备可控边界。

从计算资源角度来看，端到端网络由于模型规模大，参数众多，对算力与能耗的要求更高。在车载端部署时，需要配备高性能的AI计算平台，并针对电源管理与散热进行专项设计；而传统模块化系统则可将部分计算任务分散到不同芯片，实现更灵活的算力分配。随着车规级AI芯片与高效神经网络架构（如量化、剪枝、知识蒸馏等技术）的快速发展，端到端方法的计算门槛正在逐步降低，但在量产车上实现稳定、低成本部署仍需时日。

最后的话

传统自动驾驶与端到端自动驾驶代表了两种不同的系统设计逻辑，前者强调模块分工与工程可控，后者追求一体化学习与全局最优。两者并非绝对对立，而是在自动驾驶技术不断演进的过程中交相辉映。未来的自动驾驶系统或将在不同场景、不同功能层级上灵活采用混合式架构，既借助端到端方法提升对复杂环境的理解与决策能力，又利用传统模块化手段确保系统的可解释性、安全性与法规合规。随着算力、算法与测试验证技术的不断成熟，端到端与传统自动驾驶的融合发展将为人类带来更加安全、智能、可靠的出行体验。

审核编辑 黄宇