基于專利計量的智能汽車技術(shù)競爭態(tài)勢研究

董文波

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 知識產(chǎn)權(quán)研究所，湖北 十堰 442002）

新一輪產(chǎn)業(yè)變革和科技革命興起，全面重塑了汽車的功能、架構(gòu)、價值和格局，智能汽車已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。各國競相角逐智能汽車技術(shù)領(lǐng)域，各車企持續(xù)加快推進智能汽車產(chǎn)業(yè)化進程。據(jù)波士頓咨詢公司預(yù)計，智能網(wǎng)聯(lián)汽車（intelligent and connected vehicle,ICV）到2035 年將占全球25%左右的新車市場［1］。中國陸續(xù)發(fā)布《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》《智能汽車技術(shù)路線圖2.0》《關(guān)于促進道路交通自動駕駛技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的指導(dǎo)意見》等多項規(guī)劃、政策，目標直指建設(shè)智能汽車強國。專利是創(chuàng)新活動成果的重要指標，文中利用專利檢索平臺和工具，梳理了國際智能汽車行業(yè)專利技術(shù)研發(fā)動態(tài)，分析了智能汽車專利技術(shù)的發(fā)展趨勢，為中國智能汽車發(fā)展提供借鑒和參考。

1 數(shù)據(jù)來源及方法

數(shù)據(jù)來源于Himmpat 全球?qū)＠悄軝z索分析平臺，該平臺每周至少更新全球?qū)＠麛?shù)據(jù)2 次，檢索指令與規(guī)則兼容國家知識產(chǎn)權(quán)局和歐洲專利局審查員日常使用檢索指令與規(guī)則，能檢索到全球105 個國家/地區(qū)超過1.4 億件專利數(shù)據(jù)，其中包括26 個國家/地區(qū)專利全文數(shù)據(jù)和54 個國家/地區(qū)專利法律狀態(tài)數(shù)據(jù)。

對智能汽車進行技術(shù)分解，涉及車輛、信息交互和基礎(chǔ)支撐技術(shù)，包含環(huán)境智能感知、智能決策規(guī)劃、實時控制執(zhí)行、車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、云控基礎(chǔ)平臺、技術(shù)設(shè)施、動態(tài)高精度地圖與定位導(dǎo)航、人機交互等9類子技術(shù)［2］?；谥悄芷嚰夹g(shù)架構(gòu)，排除數(shù)據(jù)、平臺、設(shè)施等共性通用技術(shù)，僅對環(huán)境智能感知、智能決策規(guī)劃、實時控制執(zhí)行、車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、動態(tài)高精度地圖與定位導(dǎo)航、人機交互等6 類智能汽車關(guān)鍵技術(shù)專利進行檢索。檢索方式采用“國際專利分類號”+“技術(shù)關(guān)鍵詞”和“德溫特手工代碼”進行組合檢索。關(guān)鍵詞包括智能汽車、智能駕駛系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛、駕駛輔助、自適應(yīng)巡航、自動駕駛、車輛環(huán)境感知、多源傳感信息融合感知、汽車狀態(tài)識別、車道保持、主動制動、車輛穩(wěn)定控制、車輛智能決策、車輛路徑規(guī)劃、汽車底盤線控、多傳感器融合技術(shù)、車載傳感器、車載控制器、車載執(zhí)行器、車規(guī)級芯片、車用CAN 通信技術(shù)、車載智能終端、車路協(xié)同、車路交互、車車交互、人機界面，人機控制轉(zhuǎn)換、車輛語音控制、車輛手勢識別等技術(shù)關(guān)鍵詞及相應(yīng)擴展技術(shù)關(guān)鍵詞。同時排除非車輛類等關(guān)鍵詞和分類號，經(jīng)檢索得到66 343條專利信息，檢索日期為2022 年1 月20 日。鑒于專利從申請到公開有一定時差，檢索數(shù)據(jù)不能反映真實狀況，因此2021年數(shù)據(jù)僅作參考。

在梳理智能汽車的概念與內(nèi)涵、產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)上，采用數(shù)據(jù)挖掘、信息檢索以及文獻計量等方法，利用Himmpat平臺、Insights專利分析系統(tǒng)、Innography專利分析工具、Excel等，按專利申請時間、技術(shù)分類、簡單同族、擴展同族、優(yōu)先權(quán)、PCT、關(guān)聯(lián)案件、引文、簡單同族引文、擴展同族引文、施引專利、簡單同族施引專利、擴展同族施引專利等多個重要維度進行擴展檢索，統(tǒng)計分析智能汽車的專利技術(shù)研發(fā)趨勢、發(fā)展階段、競爭領(lǐng)域、競爭主體及專利技術(shù)價值［3］。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)我國智能汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，探索智能汽車技術(shù)研發(fā)和專利布局策略。

2 智能汽車技術(shù)專利競爭態(tài)勢

2020年2月國家發(fā)展改革委等11部委聯(lián)合印發(fā)的《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》中將智能汽車定義為“通過搭載先進傳感器等裝置，運用人工智能等新技術(shù)，具有自動駕駛功能，逐步成為智能移動空間和應(yīng)用終端的新一代汽車”［4］，又稱智能網(wǎng)聯(lián)汽車。智能汽車功能實現(xiàn)主要依賴于環(huán)境感知技術(shù)、智能決策技術(shù)、控制執(zhí)行技術(shù)、V2X通信技術(shù)、云平臺與大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息安全技術(shù)、高精度地圖與高精度定位技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)［5］。

2.1 專利技術(shù)研發(fā)趨勢

1）專利申請趨勢 全球智能汽車專利申請趨勢如圖1所示：1971年智能汽車技術(shù)專利申請量為9 件，之后的20 年內(nèi)每年專利申請量維持在2 位數(shù)，該階段主要是歐美國家政府科研部門和高校研究人員開展框架式探索性研發(fā)；1991—2010 年美日歐等國家紛紛制定“智能交通系統(tǒng)（ITS）”規(guī)劃和標準，在該項目支持下各研究機構(gòu)紛紛涉足汽車自動駕駛技術(shù)研發(fā)，由于處于技術(shù)發(fā)展導(dǎo)入期，因此專利申請增長相對緩慢；2011—2014 年經(jīng)過技術(shù)積累和沉淀，行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)趨于成熟，專利申請快速增長；從2015 年開始各國“智能交通”逐漸形成規(guī)模應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)，在政策與資本加持下大量車企紛紛開展技術(shù)研發(fā)并進行智能汽車技術(shù)的推廣應(yīng)用，專利申請呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢，年均遞增1000 件以上，2019年達到頂峰，為9323件。2015—2020年年均復(fù)合增長率達到25.8%。

圖1 全球智能汽車專利申請趨勢

2）專利技術(shù)領(lǐng)域 全球智能汽車專利主要IPC 分布如表1 所示，根據(jù)IPC 分類及大組技術(shù)領(lǐng)域排名，專利集中分布在B 部（作業(yè)、運輸）、G 部（物理）和H部（電學(xué)），其中B部專利數(shù)量占到智能汽車專利檢索總量的29.0%；G 部專利數(shù)量占到智能汽車專利檢索總量的24.6%；H 部專利數(shù)量占到智能汽車專利檢索總量的6.0%。從表1 所檢索的智能汽車專利IPC 大組專利申請數(shù)量來看，G08G01 存量最多達到11 349 件，排名第2 位的是B60W30，申請量為7576件，G01C21以5179件專利排名第3 位。表明G08G01、B60W30、G01C21 一直是智能汽車技術(shù)的研究熱點，各研究組織和機構(gòu)在關(guān)鍵核心技術(shù)方面已取得實質(zhì)性創(chuàng)新。H04W04是近年最突出的研究熱點領(lǐng)域，2015 年前專利申請量較少，2015 年后隨著4G 和5G 技術(shù)的成熟，V2X通信技術(shù)取得突破性進展并進入應(yīng)用階段，因此車載通信技術(shù)方面的專利呈高速增長態(tài)勢。

表1 全球智能汽車專利主要IPC分布

2.2 專利技術(shù)競爭狀況

從全球各個國家智能汽車專利申請數(shù)量來看，截至2021年底，國家申請數(shù)量排名前5位的為中國24 222 件、日本12 650 件、美國9838 件、德國4589件和韓國1589件，5個國家的專利總數(shù)全球占比達96.1%，表明智能汽車網(wǎng)聯(lián)技術(shù)創(chuàng)新高度集中、地域競爭高度集中。

1）專利申請狀況與趨勢 中國在1985 年申請2 件發(fā)明專利，發(fā)展較為緩慢，2004 年達到120件，2015年突破1000件，2015—2020年呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢，專利申請年均增長率達39.0%，增長率遠超過其他國家。中國2000—2021年智能汽車專利申請趨勢如圖2所示。

圖2 中國2000—2021年智能汽車專利申請趨勢

主要國家專利申請情況如圖3～4所示，中國累計申請專利24 222 件，全球占有率為36.5%，在數(shù)量上具有領(lǐng)先優(yōu)勢。日本專利申請累計12 190件，全球占有率為18.4%，數(shù)量僅次于中國，位列第2位；日本在2012年以前一直位居榜首，在2012年后被中國、美國趕超，此后一直排在第3位，但在2019年后又超越美國，可見日本在經(jīng)歷短暫的休整期后又發(fā)揮出技術(shù)積累深厚的優(yōu)勢，技術(shù)創(chuàng)新的功底和動能充足。美國以9873 件的專利數(shù)量位列第3位。2014年美國升級ITS戰(zhàn)略，將單純的車輛網(wǎng)聯(lián)化升級為汽車網(wǎng)聯(lián)化與自動控制智能化雙重發(fā)展戰(zhàn)略，呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。韓國的專利申請量為4245件，全球占有率為6.4%，位列第4位。德國專利申請數(shù)量為3906件，全球占有率為5.9%，位列第5位。圖4顯示，近10年來美國和日本在智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域一直不相上下，競爭態(tài)勢明顯。韓國和德國近年來專利申請量相對較少，同排名前3 位的國家相比，技術(shù)競爭動力和態(tài)勢略顯不足。綜上分析，近10 年是全球主要國家智能汽車技術(shù)競相角逐的重要時期，部分國家發(fā)展迅猛并后來居上，打破了保持數(shù)十年的競爭次序，但要保持全球領(lǐng)先地位和優(yōu)勢，還需要持續(xù)投入、不斷創(chuàng)新。

圖3 主要國家專利申請占比

圖4 主要國家專利申請趨勢

2）專利技術(shù)領(lǐng)域 全球主要國家智能汽車主要IPC 技術(shù)領(lǐng)域分布如表2 所示，各國家在智能汽車主要技術(shù)領(lǐng)域均有布局，專利最多、競爭激烈的研發(fā)技術(shù)集中在G08G01、G01C21、B60W30，其次是B60W50、G05D01，專利申請量都在2000 件以上。排名前10位的IPC大組中，除G05D01、B60R31外，中國在其他8 個技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量都位居第1位。日本在G08G01、B60W30、G01C21、B60W50、B60R16、B60R31 以及B60W40 等領(lǐng)域具有明顯的競爭優(yōu)勢。美國在B60W30、G05D01以及B60W60等5 個領(lǐng)域具有很強的技術(shù)優(yōu)勢。德國和韓國比較，專利數(shù)量相近，有4個領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量高于韓國，韓國有6個領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量超過德國。

表2 主要國家智能汽車專利技術(shù)領(lǐng)域分布

3）專利技術(shù)布局 主要競爭國家專利海外布局情況如表3所示，中、日、韓的專利申請主要集中在本國，德國和美國的海外專利布局意識明顯強于中、日、韓。德國專利總量比其他國家少，但是其在海外進行專利布局的數(shù)量占比是5 個國家中占比最高的，其國際專利布局占專利申請總量的41.4%，美國和日本是其主要的海外專利申請國。中國專利在海外布局的比例僅為11.3%。

表3 主要競爭國家專利布局情況

2.3 專利技術(shù)競爭主體

1）主要國家車企專利情況 全球主要國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車企業(yè)專利申請數(shù)量如表4所示，排名前20位專利權(quán)人既有傳統(tǒng)車企、汽車零部件企業(yè)，也有科技型互聯(lián)網(wǎng)新勢力，企業(yè)仍然是智能汽車技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的先鋒。日本、韓國、美國、中國、德國等國家在智能汽車技術(shù)研發(fā)上各有地位，排名前20位專利權(quán)人中，傳統(tǒng)整車企業(yè)占了12席，汽車零部件企業(yè)占了6席，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)2席。中國入圍的3 家企業(yè)是百度、華為和上海汽車，分別排第4 位、第18 位和第20 位。2012—2021 年傳統(tǒng)車企積極布局智能汽車領(lǐng)域并開展技術(shù)研發(fā)，發(fā)展迅猛，汽車巨頭豐田公司以2501件專利申請排名占據(jù)全球榜首。日本電裝和本田汽車2 家企業(yè)專利申請量分別排第3位和第4位。

表4 主要國家智能汽車企業(yè)專利年申請量 件

整體上日本車企近10 年間研發(fā)投入較多，共申請專利8454 件，占排名前20 位智能汽車專利申請總量的47.3%。中國與歐美國家明顯不同，一是中國企業(yè)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車開發(fā)方面起步較晚，但呈現(xiàn)出后發(fā)優(yōu)勢，二是科技型互聯(lián)網(wǎng)公司成為智能汽車技術(shù)研發(fā)的主要力量和生力軍。從2015年開始百度、華為、上海汽車逐漸增大專利布局，近年來申請量高速增長，2012—2021 年共申請專利2436 件并分別進入世界智能汽車前20名。百度無人駕駛車項目于2013 年起步，技術(shù)核心是“百度汽車大腦”，包括高精度地圖、定位、感知、智能決策與控制4大模塊，10年累計申請專利1666件，成為中國智能汽車頭部企業(yè)，顯示了其智能汽車的戰(zhàn)略投入和技術(shù)優(yōu)勢，具有較強的競爭潛力。

2）主要國家車企技術(shù)領(lǐng)域分布 全球主要國家智能網(wǎng)聯(lián)車企專利技術(shù)領(lǐng)域分布如表5所示，日本 車 企 在G08G01、G01C21、B60W30、B60W40、B60W50 等領(lǐng)域?qū)＠季州^多，具有絕對數(shù)量優(yōu)勢。在G08G01 領(lǐng)域，豐田、本田、電裝、日產(chǎn)、三菱、松下等日本企業(yè)具有明顯技術(shù)優(yōu)勢；在G05D01領(lǐng)域，豐田、百度、大眾實力較強；在B60W30領(lǐng)域，豐田、本田、現(xiàn)代、羅伯特·博世排名靠前；在B60W50 領(lǐng)域，豐田、本田、電裝、百度和博士技術(shù)布局較多；在B60W40領(lǐng)域，豐田、本田、現(xiàn)代、百度優(yōu)勢明顯；在H04W04 領(lǐng)域，華為、LG 電子具有得天獨厚的優(yōu)勢，技術(shù)儲備位列福特之前，成為該領(lǐng)域排名前3 的機構(gòu)；在B60R31 領(lǐng)域電裝、日產(chǎn)、三菱在專利最多；在B60R16 領(lǐng)域，豐田以86 件位列榜首，電裝、現(xiàn)代也具有較強的競爭力；在G05D01領(lǐng)域，豐田、百度和大眾專利量都超過100件，百度以2件優(yōu)勢位列豐田之前，排名第1位；在B60W60領(lǐng)域，豐田和百度的專利數(shù)量超過100 件，優(yōu)勢突出。綜合來看，傳統(tǒng)車企在汽車硬件、整車控制與系統(tǒng)集成上有突出的優(yōu)勢；汽車零部件企業(yè)更關(guān)注精密零部件和電子控制的硬件或軟件領(lǐng)域，新加入互聯(lián)網(wǎng)車企在車輛網(wǎng)、定位導(dǎo)航以及車載通信技術(shù)方面研發(fā)實力居前列。

表5 智能汽車主要專利權(quán)人技術(shù)領(lǐng)域分布

2.4 專利價值度

為分析專利質(zhì)量和價值，引用Innography“專利強度”評價指標，包括專利權(quán)利要求數(shù)量、引用先前技術(shù)文獻數(shù)量、專利被引用次數(shù)、專利及專利申請案的家族、專利申請時程、專利年齡和專利訴訟等。專利強度越高表示其價值越大，專利強度在70%～100%為高強度專利，30%～70%為中強度專利，小于30%為低強專利。把在Himmpat中檢索的66 343 條專利記錄的專利公開號導(dǎo)入Innography分析平臺，得到61 167 條專利記錄，2 個專利分析工具檢索的文獻重合率達到92.2%，滿足分析要求。主要國家智能汽車專利強度分布如圖5所示。低強度專利國際平均水平為76.6%，中國占比最高為87.2%，比國際平均低的國家是美、德、韓，美國為46.3%。中強度專利國際平均水平為21.5%，其中美國為36.7%、德國為25.5%、日本為22.4%、韓國為21.7%，中國僅為13.2%。高強度專利國際平均為3.6%，美國最高為16.4%，韓國為3.8%，德國為3.2%、日本為1.86%，中國為0.6%。

圖5 主要國家智能汽車專利強度分布

總體來看，在智能汽車研究領(lǐng)域，美國技術(shù)創(chuàng)新和專利價值方面是最高的，其次是韓國、德國、日本。中國專利數(shù)量遙遙領(lǐng)先，但大部分價值較低，專利強度平均水平排名靠后，表明中國整體研發(fā)能力偏弱，核心技術(shù)和基礎(chǔ)專利不多，在智能汽車關(guān)鍵核心技術(shù)和重大科技創(chuàng)新領(lǐng)域還有待突破。

3 結(jié)論

目前從專利存量和專利增量來看，排名前5位的國家分別為中國、日本、美國、德國及韓國。中國、日本、韓國專利主要布局在國內(nèi)，海外布局數(shù)量較少；美國和德國雖然專利總量不占優(yōu)勢，但其國際專利布局數(shù)量是最多的，尤其在中國開展布局。

全球智能汽車專利技術(shù)主要布局在交通控制系統(tǒng)、復(fù)雜環(huán)境感知、車道保持與巡航、車載通信網(wǎng)絡(luò)、人機交流、定位導(dǎo)航、電路或流體管路、制動控制等領(lǐng)域。從數(shù)量上看，不同國家在不同技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)側(cè)重點有所不同，但在巡航控制、車距控制、主動避碰、車道保持，防撞系統(tǒng)，車道控制，周圍狀況識別，人機交互等領(lǐng)域競爭尤為激烈。

車企依然是智能汽車技術(shù)的創(chuàng)新主體。專利數(shù)量排名前20位的企業(yè)有18席是傳統(tǒng)車企，只有2家是科技型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，均來自中國。日本和美國車企整體技術(shù)創(chuàng)新實力較強，其中豐田、本田、電裝以及通用等傳統(tǒng)車企表現(xiàn)突出。以百度、華為等為代表的互聯(lián)網(wǎng)、科技領(lǐng)域的多家巨頭憑借其軟件優(yōu)勢競相入局，并與傳統(tǒng)車企合作創(chuàng)新、融合發(fā)展，成為智能汽車技術(shù)研發(fā)新勢力，尤其在車載智能終端、車載通信網(wǎng)絡(luò)以及高精度時空基準服務(wù)等領(lǐng)域?qū)＠麅?yōu)勢明顯。

美國高價值專利國際占比最高，專利技術(shù)影響力最大，隨后依次是德國、日本、韓國和中國。美國和德國盡管在專利數(shù)量上不占優(yōu)勢，但技術(shù)影響力舉足輕重；日企一直注重專利布局，技術(shù)儲備和實力不容小覷；中國技術(shù)積累薄弱，雖近年專利申請量增長迅速，質(zhì)量優(yōu)勢尚未形成，關(guān)鍵核心技術(shù)和高價值專利數(shù)量較少，專利強度占比最低。