車載防撞激光雷達(dá)技術(shù)專利分析

趙雅琴　楊喆

摘 要：該文介紹了車載防撞激光雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展情況，統(tǒng)計(jì)分析了專利申請量趨勢、專利申請產(chǎn)出國目標(biāo)國分布情況、國內(nèi)外重要申請人信息，對國內(nèi)外重點(diǎn)企業(yè)進(jìn)行對標(biāo)分析，對國內(nèi)企業(yè)發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)及進(jìn)行專利布局提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：車載防撞 激光雷達(dá) 雷達(dá)測距

中圖分類號(hào)：TN958.98文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-9082（2019）08-0-03

一、引言

汽車行業(yè)的高速發(fā)展為人們的出行提供了便利，但與之相對的，汽車行車安全成為了不容忽視的問題。汽車交通事故的頻頻發(fā)生給人們帶了巨大的經(jīng)濟(jì)損失以及人生安全的威脅。車載防撞雷達(dá)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，車載防撞雷達(dá)成為降低車禍?zhǔn)鹿实闹匾侄?，其?yīng)用必然會(huì)給社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

防撞雷達(dá)的工作原理是對電磁波發(fā)射后遇到障礙物反射形成的回波進(jìn)行檢測和計(jì)算，從而得到車輛與各方向目標(biāo)的相對速度和距離。汽車防撞系統(tǒng)通常由三部分組成：（1）雷達(dá)裝置：采用超聲波、激光、紅外線等測定障礙物與汽車的距離;（2）處理裝置：基于預(yù)先存儲(chǔ)的程序，判斷出是否有碰撞危險(xiǎn)，并向駕駛員發(fā)出警報(bào)，若駕駛員未能及時(shí)采取措施，則向制動(dòng)器等裝置發(fā)出指令，以采取安全防護(hù)措施;（3）執(zhí)行裝置：通常采用燈光信號(hào)或伴隨聲音信號(hào)來實(shí)現(xiàn)警報(bào)，也可根據(jù)指令執(zhí)行制動(dòng)器制動(dòng)、開啟安全氣囊、拉緊安全帶等保護(hù)措施。其中，關(guān)鍵部分是用于采集數(shù)據(jù)，探測周圍環(huán)境的雷達(dá)裝置，雷達(dá)裝置探測環(huán)境的效果直接決定了汽車防撞雷達(dá)的作用效果。相較于超聲波、微波雷達(dá)等，激光具有高單色性、方向性和相干性強(qiáng)的特點(diǎn)，光束能量集中，很少擴(kuò)散，適用于遠(yuǎn)距離測量，滿足汽車安全防護(hù)的條件。我國在總結(jié)汽車工業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為有效地縮短與發(fā)達(dá)國家的差距，盡快趕上或部分超越發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平，防范發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域已經(jīng)顯現(xiàn)出來的技術(shù)壟斷，有效保護(hù)與促進(jìn)該領(lǐng)域民族工業(yè)的安全與發(fā)展，國務(wù)院已將“重點(diǎn)開發(fā)交通事故預(yù)防預(yù)警、應(yīng)急處理技術(shù)，開發(fā)運(yùn)輸工具主動(dòng)與被動(dòng)安全技術(shù)” 列入2006一2020年《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》[1]。汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)研究工作的重要性不言而喻。

作為車載防撞激光雷達(dá)系統(tǒng)最重要的傳感器之一，車載激光雷達(dá)在汽車安全、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域中扮演的角色越來越重要。激光測距技術(shù)向著高精度，小型化，人眼安全的方向發(fā)展[2]。日產(chǎn)、豐田、通用等國際汽車巨頭在其汽車安全防撞系統(tǒng)中都采用了激光雷達(dá)系統(tǒng)，諸如谷歌、百度、寶馬、博世、德爾福、大陸等企業(yè)，都在其自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中使用了激光雷達(dá)，帶動(dòng)車載激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)迅速擴(kuò)大。以前國內(nèi)采用的車載激光雷達(dá)大多是Velodyne、Ibeo等國外公司的產(chǎn)品，但近幾年一些國內(nèi)科技公司，如速騰聚創(chuàng)、巨星科技等，自主研發(fā)出車載激光雷達(dá)產(chǎn)品，打破了該領(lǐng)域內(nèi)原有的壟斷局面。自動(dòng)駕駛的普及對車載防撞激光雷達(dá)提出了更高的要求，推動(dòng)激光雷達(dá)向小型化、低成本發(fā)展。

二、車載防撞激光雷達(dá)專利態(tài)勢

1.專利申請量趨勢分析

經(jīng)檢索，截至2016年6月30日，車載防撞激光雷達(dá)技術(shù)歷年申請量如圖1所示。國際上對于車載防撞雷達(dá)的研究始于20世紀(jì)60年代，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果也可以看出，1972年開始陸續(xù)出現(xiàn)相關(guān)專利申請，并且申請量在1985至1989年有小幅增長，此時(shí)車載防撞激光雷達(dá)技術(shù)的研究還處于摸索階段，各國研制出的防撞雷達(dá)效果并不好，而到了1991年，專利申請量開始迅速增長，并于1994年超過一百件，該階段相關(guān)技術(shù)理論及其器件集成技術(shù)的高速發(fā)展，使得研制出成本低、性能高的車載防撞激光雷達(dá)成為可能，在此之后申請雖然有所減少，仍保持每年100件左右的申請量。到2009年，美國對于汽車防碰撞報(bào)警系統(tǒng)的研究進(jìn)一步推動(dòng)了防撞雷達(dá)的發(fā)展，此后專利申請量也迅速增長，并且到2014年后超過兩百件的年申請量。

車載防撞激光雷達(dá)技術(shù)國內(nèi)專利歷年申請量如圖2所示。其中國內(nèi)申請包括本國申請以及國外在華申請。1999年，國外專利申請出現(xiàn)低谷，申請量有所降低。此時(shí)國內(nèi)的申請量開始增長，到了2001年國內(nèi)申請量明顯開始增加，并且其中占比重較大的是國外在華申請，該階段他國有意轉(zhuǎn)向中國發(fā)展相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)，開始在中國進(jìn)行戰(zhàn)略部署。

相比于其他發(fā)達(dá)國家，我國對于車載防撞雷達(dá)的研究起步較晚，從“本國申請”的專利申請量變化曲線可以看出，我國的專利申請從20世紀(jì)初才剛起步，從2001年開始專利申請量呈上升趨勢，到2008年超過了20件的年申請量，之后略有下降，從2010年開始再次快速增長，在2011年一度達(dá)到了40件左右，在2011年至2014年申請量在四十件左右波動(dòng)，到2015年迅速增長。我國雖然起步較晚，但關(guān)于車載防撞激光雷達(dá)的研究發(fā)展較為迅速，這也是其他國家在中國的專利申請量提高的原因之一。

2.專利申請地域分布

產(chǎn)出國指的是專利申請來源的國家，也就是該專利技術(shù)的原創(chuàng)國，在一定程度上可以體現(xiàn)該國家的相關(guān)技術(shù)研究及發(fā)展情況，通常專利申請量較多的國家，在該技術(shù)領(lǐng)域處于綜合實(shí)力領(lǐng)先的狀態(tài)，其相關(guān)技術(shù)的研究能力以及技術(shù)實(shí)力更強(qiáng)。國內(nèi)外車載防撞激光雷達(dá)技術(shù)專利申請產(chǎn)出國統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示，從車載防撞激光雷達(dá)技術(shù)專利申請產(chǎn)出國的整體分布情況可以看出，申請量較多的國家依次為日本、德國、中國和美國。日本的汽車行業(yè)較為發(fā)達(dá)，其在車輛安全控制方面研究比較早，專利申請量遠(yuǎn)高于其他國家。德國也屬于研究防撞雷達(dá)裝置最早的國家之一，其專利申請量在發(fā)達(dá)國家中排名第二。美國防撞雷達(dá)的研究雖然與日本和歐洲相比起步較晚，但其技術(shù)發(fā)展很快，美國的汽車防撞技術(shù)目前已經(jīng)是世界領(lǐng)先的水平，從其專利申請量在發(fā)達(dá)國家中僅次于日本和德國也可以看出美國在防撞激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域的研究已經(jīng)較為成熟。我國的專利申請量雖然與德國、美國等國家的申請量差不多，但不能說明我國關(guān)于防撞激光雷達(dá)技術(shù)的研究已處于領(lǐng)先水平。

車載防撞激光雷達(dá)技術(shù)專利申請目標(biāo)國如圖4所示。日本因其本國申請量巨大，占據(jù)了目標(biāo)國首席。美國汽車市場龐大，僅次于日本。德國汽車市場相對成熟，排在技術(shù)目標(biāo)國第三位。中國汽車市場近幾年高速發(fā)展，在世界汽車市場占據(jù)重要地位，本國申請和外來申請都很多，排在技術(shù)目標(biāo)國的第四位。

3.專利申請人信息分析

圖5所示為全球申請人中排名前15的申請人的申請狀況。在前十五的主要申請人中，日本申請人占了9位，，在前十的主要申請人中，占了6位，可以說日本在激光防撞雷達(dá)的技術(shù)研究以及專利布局已經(jīng)走在了世界先列。而作為老牌工業(yè)強(qiáng)國、汽車大國，同時(shí)也是汽車始祖的德國僅次于日本，在前十五的主要申請人中占據(jù)了4個(gè)席位。而美國作為汽車大國，通用（GM GLOBAL）也在前十的主要申請人之中占據(jù)了一席之地，在前十五的申請人中還有美國谷歌公司（Google），同時(shí)法國法雷奧公司（Valeo）也位于前十。由專利的數(shù)量來看，日本專利的數(shù)量遙遙領(lǐng)先于其他各國，且日本在前十五的主要申請人中也占據(jù)最多的席位，可見日本在該領(lǐng)域的強(qiáng)悍。我國由于汽車行業(yè)起步較晚，且對于一些高新領(lǐng)域還稍顯薄弱，因此專利數(shù)量不多，但從另一方面看來，中國在該領(lǐng)域還有巨大的發(fā)展?jié)摿?，充分了解國外在車載激光防撞雷達(dá)的技術(shù)情況有助于我國更好地發(fā)展。

如圖6所示，國內(nèi)專利主要申請人依然是國外申請人占據(jù)了前排位置，日本、德國和法國在申請數(shù)量上遙遙領(lǐng)先，且相比于全球申請，在國內(nèi)申請中，美國申請所占的比重變大，可看出美國在車載激光防撞雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，對于中國市場更加重視。在國內(nèi)前十一的主要申請人中，國內(nèi)申請人為長安大學(xué)和奇瑞汽車，分別占據(jù)第 5位和第11位，并且在數(shù)量上只占了總量的一小部分，由此可知，國內(nèi)在該領(lǐng)域的發(fā)展以及專利布局上還有很長一段路要走。

三、國內(nèi)外重點(diǎn)企業(yè)對標(biāo)分析

為研究國內(nèi)外主要申請人專利申請的技術(shù)發(fā)展以及專利布局情況，在全球以及國內(nèi)主要申請人中挑選了最具有代表性的三家公司進(jìn)行分析。

1.豐田專利布局情況分析

豐田公司在車輛自動(dòng)駕駛技術(shù)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，車載激光雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛中的重要技術(shù)，是豐田公司的重要研究項(xiàng)目之一。如圖7所示，豐田公司在車載激光防撞雷達(dá)領(lǐng)域?qū)＠暾堄?987年開始，此時(shí)激光雷達(dá)剛剛應(yīng)用于車載防撞技術(shù)中，在隨后的幾年里，相關(guān)申請量有小幅度增長，并處于一個(gè)小幅波動(dòng)狀態(tài)，這也是由于激光雷達(dá)技術(shù)在1993-2007年之間處于一個(gè)平穩(wěn)發(fā)展階段，激光雷達(dá)本身由于技術(shù)問題以及成本問題并沒有大量投入產(chǎn)業(yè)使用，但作為一個(gè)熱門研究項(xiàng)目，使得豐田公司一直致力于該領(lǐng)域技術(shù)的研發(fā)，為往后占據(jù)車載激光防撞技術(shù)市場做準(zhǔn)備;從2007年開始車載激光防撞雷達(dá)專利申請量出現(xiàn)了大幅度的增長，尤其是在2011-2012年出現(xiàn)申請量的高峰，這也契合了激光雷達(dá)技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展。在迎來了2013年申請的低谷后，2014年至今激光防撞雷達(dá)的申請量保持一個(gè)較高的水平，顯然自動(dòng)駕駛技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了車載激光防撞雷達(dá)的發(fā)展。

豐田公司的主要產(chǎn)業(yè)目標(biāo)國為日本、歐美以及中國，由圖8可以看出，豐田公司在日本本國的專利申請量占據(jù)將近一半的比例，其次作為汽車大國——美國國內(nèi)的申請量占比排名第二，而對于日本汽車出口目標(biāo)大國的中國，豐田公司的申請量占比排名第三。由此可見豐田公司對中國市場的重視，其在中國申請了大量的專利，僅在車載激光防撞雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域一項(xiàng)就進(jìn)行了嚴(yán)密的專利布局。

豐田早在20世紀(jì)80年代就開始將激光雷達(dá)應(yīng)用于車輛防撞當(dāng)中，1997年申請的US6199001，ON-VEHICLE RADAR DEVICE，公開了一種車載雷達(dá)裝置，通過激光雷達(dá)探測前方不同區(qū)域內(nèi)所存在的目標(biāo)車輛以達(dá)到防撞的目的。如圖9所示，該公司在車載激光雷達(dá)各技術(shù)分支均有所布局，其中又以探測方法和探測系統(tǒng)輔助裝置為主。探測方法是車載激光防撞雷達(dá)技術(shù)基礎(chǔ)，準(zhǔn)確的目標(biāo)測量直接影響到防撞系統(tǒng)的工作效果，2001年申請的專利US2002003489，Method and apparatus for recognizing object，通過激光雷達(dá)探測前方一定范圍內(nèi)目標(biāo)障礙物的距離以達(dá)到車輛防撞的目的，并通過計(jì)算目標(biāo)重復(fù)可能性準(zhǔn)確分辨障礙物;2004年申請的專利CN100549724，物體探測系統(tǒng)和物體探測方法，在雷達(dá)探測到目標(biāo)后，對成像結(jié)果進(jìn)行分析對照，以此分辨障礙物;2014年，CN105793731，自主移動(dòng)對象，兩個(gè)距離傳感器配合距離測量，綜合探測目標(biāo)距離，該專利在中國已授權(quán)，上述探測方法均是以提高目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)確性為目的。2015年底豐田在硅谷建立新的研究機(jī)構(gòu)——豐田研究所，研發(fā)與自動(dòng)駕駛和機(jī)器人相關(guān)的人工智能技術(shù)，該階段的車載激光雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠晒差H豐。

豐田的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)大多直接采用Velodyne、Luminar等供應(yīng)商生產(chǎn)的激光雷達(dá)傳感器，因而針對激光雷達(dá)技術(shù)分支的專利申請較少。但值得注意的是，為自動(dòng)駕駛車輛提供關(guān)鍵傳感器的Luminar公司得到了豐田3600萬美元投資，雙方合作研發(fā)自動(dòng)駕駛車輛平臺(tái)，可見未來在激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域會(huì)有一定的突破。

2.博世專利布局情況分析

博世在汽車技術(shù)方面同樣處于全球領(lǐng)先地位，作為以嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真而聞名的德國工業(yè)企業(yè)，其技術(shù)在全球都享受美譽(yù)，作為進(jìn)入中國較早的國外企業(yè)，其在中國的發(fā)展十分迅猛，在車載激光防撞雷達(dá)技術(shù)方面也是日本企業(yè)以及中國企業(yè)的強(qiáng)力競爭對手。如圖10所示，與豐田公司相比，博世在車載激光防撞雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，但其申請量一直處于一個(gè)較穩(wěn)定的狀態(tài)，在2004年至今一直保持一個(gè)穩(wěn)定的較高的申請水平，這也是基于博世在汽車技術(shù)領(lǐng)域強(qiáng)悍的實(shí)力。圖11可以看出，博世也是注重在歐美國家、中國及日本進(jìn)行專利布局。

博世在車載激光防撞雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域中的專利布局與豐田類似，輔助裝置以及測距方法占有比重較大。同樣值得關(guān)注的是，博世正在開發(fā)用于更復(fù)雜場景并且滿足自動(dòng)駕駛的傳感器，其旗下投資公司完成了對固態(tài)激光雷達(dá)公司TetraVue的一項(xiàng)投資，TetraVue公司是超高分辨率3D數(shù)據(jù)和圖像領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，該項(xiàng)投資合作為博世研發(fā)激光雷達(dá)及提升自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能提供了有力支持。

3.奇瑞專利布局情況分析

奇瑞汽車股份有限公司產(chǎn)品覆蓋乘用車、商用車和微型車等領(lǐng)域，9年蟬聯(lián)中國自主品牌銷量冠軍，成為中國自主品牌的代表。奇瑞在新能源車、自動(dòng)駕駛等方面在國內(nèi)自主汽車品牌中處于領(lǐng)先地位，是最早一批進(jìn)攻該領(lǐng)域的國產(chǎn)自主品牌之一。在車載激光防撞雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域奇瑞也為中國做出了一份貢獻(xiàn)，其相關(guān)專利申請量居于全國第二，11件專利申請中4件授權(quán)，其他申請由于申請日較晚，還處于在審狀態(tài)。雖然在數(shù)量上與國外企業(yè)還有一定差距，但其在該領(lǐng)域所做出的努力有目共睹。主要專利參見表1。

總而言之，國內(nèi)企業(yè)在車載激光防撞雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域中的競爭力處于相對劣勢狀態(tài)，無論是從專利的數(shù)量還是專利的質(zhì)量上都與國外企業(yè)存在不小的差距。但是，近幾年國內(nèi)相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，不容小覷，在了解國外專利布局的基礎(chǔ)上，國內(nèi)企業(yè)可以進(jìn)行有效規(guī)避，針對性地發(fā)展自身技術(shù)，或者是效仿國外企業(yè)，與激光雷達(dá)供應(yīng)商進(jìn)行合作，共同研發(fā)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，以取長補(bǔ)短。

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[2]Kilpela A. Pulsed time-of-flight laser range finder techniques for fast， high precision measurement applications [J]. 2004

作者簡介：趙雅琴（1990.8-），女，漢，湖北咸寧，理學(xué)碩士研究生，研究實(shí)習(xí)員，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心光電技術(shù)發(fā)明審查部實(shí)審審查員，審查領(lǐng)域：無線電定位、導(dǎo)航、測距等技術(shù)。

楊喆（1990.8-），男，漢，湖北武漢，工學(xué)碩士研究生，研究實(shí)習(xí)員，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心光電技術(shù)發(fā)明審查部實(shí)審審查員，審查領(lǐng)域：無線電定位、導(dǎo)航、測距等技術(shù)。

注：趙雅琴、楊喆同為第一作者