自動駕駛汽車背后的發(fā)明

余雪松

近期，歐洲專利局（EPO）發(fā)布《專利與自動駕駛汽車：自動駕駛背后的發(fā)明》。報告認(rèn)為，隨著人工智能、5G、大數(shù)據(jù)、傳感技術(shù)、新型計算技術(shù)等新一代信息技術(shù)與汽車產(chǎn)業(yè)的深度融合，自動駕駛汽車正在引發(fā)汽車產(chǎn)業(yè)的第四次重大變革。各大企業(yè)投入巨資積極開展布局，無人駕駛汽車相關(guān)專利增長迅猛。報告顯示，自2011年起至2017年，歐洲專利局受理的SDV技術(shù)相關(guān)的專利申請數(shù)量增長了330%; SDV 技術(shù)相關(guān)申請量位居前25位的申請人所申請的專利數(shù)量占SDV專利總申請量約40%。

21世紀(jì)，很少有像自動駕駛汽車（SDV）一樣能夠產(chǎn)生巨大影響的發(fā)明，傳統(tǒng)交通方式將會發(fā)生徹底改變。SDV所需的許多技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入消費(fèi)者市場，包括車道保持輔助系統(tǒng)、雨量感應(yīng)刮水器、自動制動系統(tǒng)等。預(yù)計SDV將從2025年開始商業(yè)化，市場潛力相當(dāng)可觀，到2030年SDV市場規(guī)?？赡苓_(dá)到數(shù)千億美元。工業(yè)和創(chuàng)新企業(yè)正在為開發(fā)SDV技術(shù)的競爭投入大量資源，僅2014年至2017年期間，針對SDV發(fā)展的投資額便超過800億美元，預(yù)計這一數(shù)額將在未來幾年中繼續(xù)增長。

汽車自動化發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)

發(fā)展趨勢。汽車是歐洲的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在歐洲提供了超過1300萬個直接和間接就業(yè)崗位，占2016年總就業(yè)人數(shù)的 6.1%; 2017 年汽車行業(yè)凈貿(mào)易順差已達(dá)到903億歐元。 汽車也是歐盟研發(fā)和創(chuàng)新（R&I）投入力度最大的領(lǐng)域，僅2016年就達(dá)540億歐元以上。

汽車是專利密集型行業(yè)，巨額R&I投資帶來了歐洲專利申請的持續(xù)增長。2006年至2015年期間，歐洲境內(nèi)各專利局共受理了20萬項(xiàng)與汽車技術(shù)相關(guān)的發(fā)明專利申請。盡管 2007至2008年出現(xiàn)過急劇但短暫的下降，其上升趨勢幾乎從未中斷。僅200年至2015年期間，歐洲尋求專利保護(hù)的發(fā)明數(shù)量增加了36.2%。

當(dāng)前，歐洲乃至全球汽車行業(yè)正處于根本性轉(zhuǎn)型的邊緣，一方面汽車行業(yè)必須能夠不斷提供更清潔、更安全、更高效、更可持續(xù)且更具包容性的運(yùn)輸解決方案;另一方面企業(yè)需要保持競爭力，方可繼續(xù)為歐洲創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會和經(jīng)濟(jì)增長。

推動汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的主要驅(qū)動因素有兩個：一是公路運(yùn)輸?shù)木G色環(huán)保需求，二是全自動駕駛汽車的自動化程度不斷提高。

面臨挑戰(zhàn)。自動駕駛汽車正逐步進(jìn)入市場，日益增長的計算能力、高速連接、人工智能的深度學(xué)習(xí)算法以及快速且分散的數(shù)據(jù)處理能力將提供更加完善的移動解決方案和自動駕駛汽車，將對交通系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響，包括道路使用和交通管理。然而，仍有許多挑戰(zhàn)需要解決：

網(wǎng)絡(luò)安全——網(wǎng)絡(luò)安全亟待加強(qiáng)。持續(xù)增長的網(wǎng)聯(lián)汽車需要安全的數(shù)據(jù)傳輸以及保護(hù)車輛內(nèi)部通信免受外部入侵。

測試和驗(yàn)證——自動駕駛和自動車輛還需要進(jìn)行安全操作測試和驗(yàn)證。SDV可能遇到的眾多不同駕駛情形，需要測試許多場景并驗(yàn)證自動響應(yīng)，虛擬測試和認(rèn)證可能成為推進(jìn)途徑。對于無駕駛員的更高水平自動駕駛而言，需要考慮更加全面的交通場景，測試和驗(yàn)證工作也會大幅增加。

與其他道路使用者共存——車輛及其用戶從低級別到高級別自動化的過渡期本身就形成了重大的技術(shù)和運(yùn)營挑戰(zhàn)。如，自動化、半自動化和非自動化車輛及其用戶應(yīng)如何安全地共存？如何更好地規(guī)范自動駕駛車輛中的駕駛員行為，以避免風(fēng)險和混亂？

管理同SDV之間的交互——為實(shí)現(xiàn)更廣泛的接受度和自動化車輛的大眾市場，在任何時間和任何交通環(huán)境中都應(yīng)當(dāng)能夠讀取和理解自動駕駛，無論環(huán)境條件是否不利、人類特征是否不同。應(yīng)當(dāng)研究并評估相關(guān)功能的影響，同時還要評估是否需要將駕駛員的意圖和行動包含在自動駕駛的設(shè)計中。

車輛設(shè)計——由于具有更高水平的自動駕駛和越來越多的可用信息、警報和內(nèi)容，這意味著在任何時候未來車輛必須始終能夠保證車輛乘客和其他道路使用者的“安全邊際”，在設(shè)計時將面臨重大挑戰(zhàn)。

綜合移動性：車輛、商業(yè)模式和解決方案——一個能夠?yàn)檎麄€價值鏈中的服務(wù)、車輛和應(yīng)用提供新的創(chuàng)新理念的繁榮生態(tài)系統(tǒng)正在嶄露頭角。

舒適和便利——車輛自動化可以通過提高舒適性和便利性以及提升生產(chǎn)率的方式為駕駛員、商業(yè)和客戶創(chuàng)造價值。個性化交通解決方案——隨著更高級別的自動駕駛部署，可以開發(fā)更加個性化的移動性服務(wù)。

環(huán)境可持續(xù)性——網(wǎng)聯(lián)的自動駕駛車輛、貨物和道路基礎(chǔ)設(shè)施將構(gòu)建智能化的交通系統(tǒng)，在很大程度上提高利用率和貨運(yùn)效率的同時提升運(yùn)輸?shù)陌踩院铜h(huán)境可持續(xù)性。

SDV 發(fā)明和專利數(shù)據(jù)

SDV 發(fā)明的范疇。國際汽車工程師學(xué)會（SAE）定義了六種不同的車輛自動化水平，即從0級（幾乎不具備駕駛自動化）到5級（完全自動化駕駛）。本研究的對象是能夠使車輛具備SAE標(biāo)準(zhǔn)中4級（高自動化）和5級（完全自動駕駛）能力的發(fā)明，對所有相關(guān)專利申請進(jìn)行嚴(yán)格篩選，并覆蓋了5G 網(wǎng)絡(luò)、云計算等通用技術(shù)和電氣化、動力系統(tǒng)等同車輛自動化相關(guān)的特定技術(shù)。

SDV發(fā)明可分為兩大部分，每個部分又可劃分若干技術(shù)領(lǐng)域。第一部分即為自動車輛平臺，涵蓋車輛本身所體現(xiàn)的技術(shù)， 包括三個領(lǐng)域：感知、分析和決策，計算和汽車操控。第二部分即為智慧環(huán)境，可使自動車輛彼此相互作用以及同周圍環(huán)境進(jìn)行相互作用的技術(shù)，包括兩個領(lǐng)域：通信和智能物流。

專利數(shù)據(jù)。本文部分專利分析數(shù)據(jù)只采用歐洲專利局（EPO）所受理的專利申請（1990年至2017年期間直接向EPO提交的申請或進(jìn)入歐洲的《專利合作條約（PCT）》申請），不包含僅向《歐洲專利公約（EPC）》各締約國專利局提交的專利申請，因此統(tǒng)計數(shù)據(jù)并不能充分反映申請人的整體創(chuàng)新能力。 整體來看，基于EPO對于專利申請的嚴(yán)格審查，其專利數(shù)據(jù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

首先，它涵蓋了歐洲市場的最新專利統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其中包括2017年提交的未公布的專利文件。其次，它定義了一個同質(zhì)的專利申請群體，可以直接進(jìn)行相互比較。第三，在大多數(shù)情況下，一項(xiàng)專利申請可被視為能夠代表一項(xiàng)技術(shù)發(fā)明。

根據(jù)歐洲專利局官方報告的年度統(tǒng)計方法，所有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的參考年份應(yīng)當(dāng)為歐洲專利申請的提交年份（直接向EPO提交的申請（EPC第七十五條）或進(jìn)入歐洲階段的年份（PCT專利申請（第一百五十八條第二款）和EPC 107規(guī)則）。每個歐洲專利申請將按照技術(shù)相關(guān)性歸屬到SDV的一個或多個部分（第1層）、領(lǐng)域（第2層）或技術(shù)內(nèi)容（第3層）。為能夠進(jìn)一步分析SDV技術(shù)申請人的申請策略，以EPO的官方語言之一提出申請，且至少有一項(xiàng)專利申請已提交至EPO或EPC締約國專利局的所有專利都在統(tǒng)計范圍內(nèi)，每個專利族的日期為在歐洲最早專利申請的提交日期。必要時，統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)一步采用PATSTAT（EPO全球?qū)＠y(tǒng)計數(shù)據(jù)庫）以及內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，以確認(rèn)申請人和發(fā)明人的名稱和地址等信息。申請人的名稱進(jìn)行了統(tǒng)一化處理，以便對申請人進(jìn)行分析。在統(tǒng)計申請人的國別時，僅考慮第一個申請人的所在國家。

SDV 發(fā)明的主要特點(diǎn)

信息技術(shù)與汽車深度融合加速SDV發(fā)展。2000年至2015年期間，歐洲共有24，311項(xiàng)同SDV技術(shù)相關(guān)的發(fā)明尋求了一項(xiàng)或多項(xiàng)專利申請。以最早的專利申請日期為基準(zhǔn)，從2000年到2015年SDV發(fā)明的年度數(shù)量增長了6.5倍。

已有汽車技術(shù)的更廣泛基準(zhǔn)類別對應(yīng)于汽車技術(shù)的已有類別的所有發(fā)明，因此涵蓋了當(dāng)今大規(guī)模生產(chǎn)的車輛中的所有技術(shù)。2000年至2015年期間，歐洲共有298，190項(xiàng)此類發(fā)明尋求了專利保護(hù)。以最早的專利申請日期為基準(zhǔn)，這些SDV發(fā)明的年度數(shù)量在同期增加了59%。

約有三分之一的SDV發(fā)明被歸入汽車技術(shù)的已有類別。其余三分之二代表了已有汽車技術(shù)以外的領(lǐng)域，主要涉及信息和通信技術(shù)。SDV技術(shù)的兩大部分，即已有汽車相關(guān)的技術(shù)以及無關(guān)的技術(shù)，正在以類似的速度增長。這表明信息通信技術(shù)（ICT）與已有汽車技術(shù)的整合在很大程度上推動了 SDV技術(shù)的發(fā)展。

在對 SDV 五個不同技術(shù)領(lǐng)域開展分析之后，可以進(jìn)一步確認(rèn)上述結(jié)論。2011年至2015年期間，SDV發(fā)明和已有汽車技術(shù)交叉程度最高的領(lǐng)域是汽車操控（66%），其次是感知、分析和決策（45%）。這兩個技術(shù)領(lǐng)域最接近于汽車行業(yè)的核心競爭力，交叉程度為37%的計算也緊隨其后。被視為 ICT行業(yè)核心競爭力的通信（18%）技術(shù)交叉度最低，交叉度較低的還有智能物流（33%）。

SDV 發(fā)明保護(hù)力度明顯加強(qiáng)。通過對SDV和已有汽車技術(shù)的專利族比較分析， 進(jìn)一步揭示了專利保護(hù)的地域范圍以及申請途徑的重要差異。

通過分析SDV和已有汽車技術(shù)專利族的平均規(guī)模，可以看出SDV發(fā)明的申請人正在更多的司法管轄區(qū)尋求專利保護(hù)。2011年至2015年期間，已有汽車技術(shù)的專利族平均規(guī)模為3.2，而SDV技術(shù)的專利族平均規(guī)模要大得多，每項(xiàng)發(fā)明對應(yīng)著4.8項(xiàng)專利申請。從SDV技術(shù)五個細(xì)分領(lǐng)域看，其專利族平均規(guī)模均超過了已有汽車技術(shù)。同 ICT 行業(yè)關(guān)系密切的兩個技術(shù)領(lǐng)域通信和計算的專利族平均規(guī)模分別為5.3 項(xiàng)和 4.7 項(xiàng)，遠(yuǎn)高于SDV技術(shù)的平均水平。

分析顯示，包含了向EPO申請或使用PCT路線的國際申請的 SDV 技術(shù)專利族數(shù)量占比更高。僅向EPO申請專利的SDV技術(shù)發(fā)明占比接近69%，而高達(dá)77%的SDV技術(shù)發(fā)明已通過EPO或PCT進(jìn)行了國際專利申請。就已有汽車技術(shù)而言，通過EPO申請專利的這一比例降至40%，如果同時考慮PCT，則比例為51%。這意味著SDV技術(shù)發(fā)明通常會尋求廣泛的國際保護(hù)，而已有汽車技術(shù)的專利申請則主要集中在少數(shù)司法管轄區(qū)。這表明 SDV申請人傾向于將其專利申請策略與ICT行業(yè)的通常做法保持一致。

SDV專利態(tài)勢

SDV技術(shù)的總體趨勢。過去十年，EPO共受理了17735項(xiàng)與SDV技術(shù)相關(guān)的專利申請。2008年至2011年期間，SDV技術(shù)相關(guān)的專利申請年度數(shù)量穩(wěn)定在1000項(xiàng)以下，在接下來的幾年間開始急劇上升，2017年達(dá)到了近4000項(xiàng)。

2012年之前，大多數(shù)專利申請集中在自動車輛平臺這一細(xì)分領(lǐng)域。近年來，與智能環(huán)境這一細(xì)分領(lǐng)域相關(guān)的發(fā)明增長越來越快，重要性也日益提高。當(dāng)前，智能環(huán)境技術(shù)占 SDV 專利申請的比重更高。數(shù)據(jù)顯示，智能環(huán)境與自動車輛平臺專利申請數(shù)量的比例從 2008 年的 2：5 提升至2015年的4：5。整體來看，過去十年智能環(huán)境相關(guān)的專利申請總計為8627 項(xiàng)，而自動車輛平臺的申請數(shù)量則為13723項(xiàng)。這其中有4615項(xiàng)（占SDV專利申請總數(shù)的26%）專利申請與這兩個領(lǐng)域均相關(guān)。

SDV專利申請持續(xù)快速增長，2017年其占所有歐洲專利申請的比重已達(dá)到2.4%，而在2011年前的數(shù)年間這一數(shù)值只有0.6%左右。相對而言，EPO先前的研究顯示，與第四次工業(yè)革命極度相關(guān)的智能連接技術(shù)在歐洲專利申請中的比重已從2011年的2%上升到2016年的3.3%。

SDV 細(xì)分領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。SDV技術(shù)的五個細(xì)分領(lǐng)域，都對實(shí)現(xiàn)全自動車輛起著重要作用，其專利申請數(shù)量變化情況。 其中，感知、分析和決策的專利申請數(shù)量最高，2008年至2017年期間達(dá)8733項(xiàng);其后依次為6975項(xiàng)的通信，5163項(xiàng)的汽車操控和4515項(xiàng)的計算;智能物流的專利申請數(shù)量最低，僅為3378項(xiàng)。2011年至2017年期間所有細(xì)分領(lǐng)域的專利申請數(shù)量均有明顯增加，通信和計算兩個領(lǐng)域的復(fù)合增長率最高。

SDV 技術(shù)的申請人概況

SDV 專利申請行業(yè)分布情況。為分析不同行業(yè)對SDV專利申請的貢獻(xiàn)程度，根據(jù)主要經(jīng)濟(jì)活動情況將前500強(qiáng)的SDV 專利申請人分為六個不同行業(yè)：汽車、其他運(yùn)輸工具、電信、 汽車 ICT、機(jī)械和電氣設(shè)備以及其他。

汽車ICT在EPO受理的所有SDV專利申請中的占比最高（32.8%），隨其后的是汽車（29.3%），電信（13.6%）、機(jī)械和電氣設(shè)備（12.1%）分別位列第三和第四。這五個行業(yè)可被分為兩大類：一類是電信和汽車ICT，主要包括大型科技公司;另一類是作為運(yùn)輸部門主要參與者的汽車、 其他運(yùn)輸工具及機(jī)械和電氣設(shè)備企業(yè)。這兩類申請人對SDV的創(chuàng)新貢獻(xiàn)度幾乎相同，分別2011年至2017年期間所有SDV發(fā)明的46%和49%。

然而，進(jìn)一步分析SDV五個細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域的申請人情況，這六大行業(yè)對SDV領(lǐng)域創(chuàng)造性活動的貢獻(xiàn)較為懸殊。電信、汽車ICT行業(yè)顯然在通信領(lǐng)域具有優(yōu)勢，而在計算領(lǐng)域汽車ICT行業(yè)的貢獻(xiàn)也很突出。相比之下，汽車行業(yè)在汽車操控領(lǐng)域的專利申請比例特別高（超過 63%），在智能物流（48.7%），感知、分析和決策（44.4%）以及計算（33.6%）等領(lǐng)域也占據(jù)著重要的地位。除通信外， 機(jī)械和電氣設(shè)備以及其他運(yùn)輸工具企業(yè)對所有 SDV 細(xì)分領(lǐng)域均做出了一定貢獻(xiàn)。

EPO受理的SDV技術(shù)前25名申請人。2011年至2017年期間，三星集團(tuán)共提交了624項(xiàng)專利申請，位居歐洲專利局受理的SDV專利申請人之首，其后依次為英特爾、高通和LG 集團(tuán)，這四家企業(yè)都是全球知名的ICT企業(yè)。博世和豐田汽車這兩家汽車行業(yè)的知名公司，分列第五位和第六位。接下來是三家知名ICT企業(yè)諾基亞、愛立信和微軟以及一家國際汽車零部件供應(yīng)商大陸集團(tuán)。許多其他汽車制造商和傳統(tǒng)汽車零部件供應(yīng)商也都在榜單之中。在排行前 25 名的申請人中，約有一半從事ICT行業(yè)，另一半則從事運(yùn)輸或相關(guān)行業(yè)。

描述技術(shù)發(fā)展階段的一個常用指標(biāo)就是專利申請所有權(quán)人的集中度。更高的集中度通常意味著市場更加成熟，而較低的集成度則表明市場尚未鞏固，且市場參與者的競爭將更加激烈。在SDV專利申請中，排行前五名的申請人占據(jù)所有專利申請量的15.5%，前十名的申請人則占25%左右，前25名占比約為40%，其余60%則來自于數(shù)百個較小的技術(shù)參與者，這表明新興的SDV領(lǐng)域創(chuàng)新來自不同規(guī)模、不同行業(yè)和技術(shù)概況的眾多參與者。

作為集中度量的標(biāo)準(zhǔn)，智能物流，感知、分析和決策以計算領(lǐng)域的占比相對較低而且穩(wěn)定，這表明這些領(lǐng)域最適合新入行進(jìn)行創(chuàng)新。相比之下，通信以及較小程度的汽車操控卻表現(xiàn)出明顯的更高集中度?？梢钥闯觯谶@兩個技術(shù)領(lǐng)域中ICT和汽車行業(yè)的大型現(xiàn)有申請人占據(jù)著更強(qiáng)勢的地位。

SDV 專利申請人的地域分布

全球分布情況。2008年至2017年期間，歐洲申請人共提交了6628項(xiàng)專利申請，在EPO受理的SDV專利申請中所占比例最高，緊隨其后的是專利申請數(shù)量為5845項(xiàng)的美國申請人，日本申請人位居第三，共提交了2671項(xiàng)專利申請，不足美國專利申請數(shù)量的一半。韓國的專利申請數(shù)量排名第四，共1176項(xiàng);隨后為中國，在過去十年中的專利申請數(shù)量為509項(xiàng)。2008年至2017年期間，這五個國家或地區(qū)占據(jù)了EPO已受理的所有SDV專利申請的95%。

然而，中國申請人在EPO受理的SDV發(fā)明專利申請中的比重很小，2011年至2017年期間SDV申請僅占總量的3.2%，這一數(shù)字還要稍低于中國申請人同期在EPO受理的專利申請中比重。2011年至2017年期間，同向EPO申請的專利總數(shù)相比，美國和韓國的申請人對SDV技術(shù)專利申請做出了更多貢獻(xiàn)。其中，美國申請人在SDV中的比例（33.7%）高于他們在EPO申請的專利總量比重（24.7%）。歐洲占SDV專利申請的比重為37.2%，在EPO專利申請總量中占48.7%。

啟示

SDV的這種專利態(tài)勢突出地顯示出利益相關(guān)者必須適應(yīng)新現(xiàn)實(shí)。SDV的發(fā)展涵蓋了許多技術(shù)和行業(yè)，匯集了各種創(chuàng)新型企業(yè)，其中有許多是交通運(yùn)輸行業(yè)的新手。部分強(qiáng)大的汽車、軟件和電信企業(yè)已經(jīng)在SDV技術(shù)的不同子行業(yè)中開發(fā)出強(qiáng)大的專利組合。大量的小型申請人也為這些領(lǐng)域的創(chuàng)新做出了重要貢獻(xiàn)。鑒于這種破碎的現(xiàn)狀，SDV產(chǎn)業(yè)的成功發(fā)展可能取決于不同參與者在利用技術(shù)互補(bǔ)性方面將如何展開合作。

專利制度在這一過程中將發(fā)揮重要作用。除了為SDV發(fā)明的開發(fā)和商業(yè)化提供安全性之外，隨著SDV行業(yè)的進(jìn)一步成熟，專利將有助于在不同技術(shù)專家之間進(jìn)行新的許可和協(xié)作安排。從該研究的結(jié)果可以看出，SDV申請人已經(jīng)開始調(diào)整其專利保護(hù)策略。然而，汽車和ICT行業(yè)在管理和利用專利方面的實(shí)踐仍存在顯著差異。如何克服這些差異并發(fā)明新的協(xié)作模式，是新興SDV行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)之一。