车辆主动性防撞专利技术综述

张华强

(国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州 215163)

0 引言

随着我国经济的飞速发展，汽车保有量逐年递增，导致交通拥堵情况严重、交通事故频发及交通环境恶化等问题，威胁着人的生命安全及财产损失。交通事故数量居高不下，由此引发的人员伤亡严重，造成的损失达数百亿元，车辆间碰撞事故占到我国道路交通事故总量的2/3 以上。

如何减少交通死亡人数和造成的经济损失成了重要的研究方向，其中，为了进一步加强道路交通安全，除了要规范驾驶人的驾驶行为、严格执法以外，如何提升车辆自身的安全性能也是至关重要。

车辆的安全性能主要包括两大类：一类是被动式安全性能，另一类则是主动式安全性能。被动式的安全性能是指安全带、保险杠、安全气囊等安全配置在碰撞发生时能够减缓碰撞所带来的冲击伤害的性能。而主动式的安全性能则是指由车辆主动防撞系统在道路行驶过程中实时监测、及时预警，在危险发生前及时采取相关措施，降低碰撞危险发生的概率，从而提升行车驾驶安全的性能[1]。

1 车辆主动性防撞技术分解

技术分解是对于所分析的技术领域作进一步的细化和分类，对于行业状况、检索专利信息以及检索结果处理都具有非常重要的意义，有助于了解行业整体情况以及选取研究重点。通常，技术分解的展开可按技术手段(如结构、工艺流程、产品或用途)、技术问题、技术功效等角度进行技术分解。具体到车辆行驶安全领域而言，根据车辆主动性防撞技术可分为两大技术分支：自动动作避免碰撞、提前预判碰撞可能，主要围绕车辆自主性判断的技术手段的不同进行分解。

在进行车辆自动动作避免碰撞处理中，根据目标物(例如：行人、车辆、建筑物等)与行驶车辆之间的距离和反应时间进行判断，再具体分析采用何种技术手段，主要采用以下形式：

(1)刹车制动

车辆行驶过程中的安全距离测量、危险评判和预警、车速控制是主动防撞的重要功能之一，其中对于具有主动性防撞系统的车辆而言，车辆最为常见的技术手段是自动性动作进行刹车制动控制，有效地避免碰撞事故和追尾事故的发生。刹车制动防撞示意图见图1。

图1 刹车制动防撞示意图

(2)转向变道

虽然刹车制动能够通过降低车速来避免碰撞，但是由于驾驶员反应不及时或是受系统功能的限制，碰撞的风险不能完全消除。然而转向变道时通过相邻车道是否有影响变道目标来判断车辆是否可以变道，当不存在影响变道目标时将车辆变道以避免碰撞的发生。转向变道防撞示意图见图2。

图2 转向变道防撞示意图

为了避免车辆发生碰撞，如何提前预判碰撞的可能性是非常重要的技术问题，现有技术中通常采用实时监测车辆周围的环境信息，主要包括自车速度、目标物速度、相对距离和道路状况等信息，其中最主要的检测手段主要涉及以下形式：

①雷达

雷达检测的工作原理是不断发射特定波段，传播过程中碰到目标物后发射回来并被接收，进而计算出距离，其优点是受气候影响较小，缺点是远距离检测性能较差。雷达检测示意图见图3。

图3 雷达检测示意图

②图像

视觉图像识别技术能够增加检测范围，基于视觉图像技术的车辆其主动防撞预测效率和可控性更强，其中将视觉感知技术、视觉几何测量技术等进行了融合，但是数据处理量大，设备价格高。图像检测示意图见图4。

图4 图像检测示意图

依据上述主动性防撞的技术手段和技术问题，可对车辆主动性防撞进行如下技术分解，具体分解如图5所示。

图5 车辆主动性防撞技术分解

2 全球专利申请状况分析

主要对全球专利的申请趋势、申请国家/地区分布、重要申请人进行分析，从中得到车辆主动性防撞相关重要技术分支发展趋势，以及各阶段专利申请国家分布和主要申请人分布。其中将每个同族中最早优先权日期视为该申请的申请日，一系列同族申请视为一件申请[2]。

2.1 全球专利申请趋势分析

图6为车辆主动性防撞技术专利申请趋势，展示了车辆安全领域的全球专利申请量年份统计数据。

图6 全球专利申请趋势

可以看出，涉及车辆主动性防撞技术的专利申请从20世纪80年代初开始出现，从总体上看，专利申请量呈递增的状态。以申请量增长率的变化为标准，车辆主动性防撞全球专利申请大致可以分为以下几个阶段：

第一阶段：1984～1997年，车辆主动性防撞技术的发展还处于萌芽期，其整体专利申请量较小，但是奠定了车辆主动性防撞技术的基础；

第二阶段：1998～2004年，专利申请量明显比1984～1997年的申请量增多，虽然车辆主动性防撞技术得到一定程度的发展，但是可能遇到了技术瓶颈，发展趋势仍处于平稳期；

第三阶段：2005～2010年，申请量明显增加，并且保持平稳，其中可能与相关技术瓶颈已被突破有关，进入技术发展增长期；

第四阶段：从2011年开始，车辆主动性防撞技术专利申请进入爆发式增长期，并于2016年专利申请量达到历年申请量的顶峰。纵观车辆主动性防撞技术的全球专利申请趋势，结果是呈大体稳步增长的趋势，这也与科学技术的进步与发展遥相呼应。

2.2 主要申请国家/地区专利分布

图7展现了车辆主动性防撞技术的主要申请国家/地区专利分布情况。可以看出，日本(JP)专利申请量居于首位，占全球专利申请量的34%；中国(CN)的申请量居次席，占全球专利申请量的32%，虽然，中国(CN)在该技术方面的占有量同为32%，但是中国专利申请主要出现在2000年以后，专利质量偏低，核心专利较少；第三位的是美国(US)，其申请量占全球申请量的12%；第四位的是德国(GE)，其申请量占全球申请量的10%；最后，韩国(KR)、欧洲(EP)、英国(UK)、法国(FR)也占了一定的申请量，除上述的国家/地区外，其他国家/地区涉及车辆主动性防撞技术的专利申请量相对较少，这与目前汽车工业发展水平基本相符合。

图7 主要申请国家/地区专利分布

2.3 主要申请国家/地区专利技术分布

图8和图9进一步展现了涉及车辆主动性防撞技术的全球专利申请中，主要申请国家/地区的专利技术分布情况。

图8 主要申请国家/地区专利技术分布一

图9 主要申请国家/地区专利技术分布二

可以看出，在涉及车辆主动性防撞技术的专利申请中，刹车制动的专利申请最多，转向变道、雷达、图像的专利申请量相当。可见，在车辆主动性防撞技术的专利技术革新方面，可能早期由于技术瓶颈的限制，主要技术手段集中在刹车制动方面，但是随着电子技术和通信技术的发展，融合雷达、图像技术的主动性防撞系统的技术手段发生了变化，丰富了主动性防撞系统设计的全面性以及提高了安全系数。

从图10中可以得出中国、日本、美国、德国以及韩国自身的技术特点。

图10 主要申请国家/地区技术主题分布

其中，以全球专利申请重要区域的日本和中国为例，其专利申请技术主题分布大体情况如下：

(1)日本：日本是专利申请大国，体现了其对技术研发的重视以及较强的专利保护意识，除关于雷达检测方面的专利申请较少，日本的专利申请集中在刹车制动、转向变道和图像检测，体现其技术优势性。日本是车辆主动性防撞技术的领导者之一，应重点关注日本相关技术的发展状况。

(2)中国：刹车制动方面专利申请量较多，雷达检测和图像检测申请量较为均匀，转向变道的专利申请数量较少。主要原因是随着中国经济的发展，国外来华企业在中国进行了专利布局，同时本土企业的发展也较为迅速，使得在中国专利呈“百花齐放”的状态，但在真正的重点技术方面相比日本还是落后。

3 主要申请人/专利权人分析

3.1 全球主要申请人/专利权人申请量分析

从全球专利申请重要申请人方面对车辆主动性防撞技术的专利申请作进一步分析，主要考虑申请人历年的申请总量，按照申请总量进行排名，取排名前10名申请人进行分析。

图11 示出了全球专利申请量排名前10名的申请人，分别为(排名分先后)：丰田、日产、福特、博世、本田、现代、富士重工、电装、通用以及沃尔沃。由此可以看出，排在前10位的申请人中，日本关于车辆主动性防撞技术的研究占有绝对领先地位，中国的总体申请量虽然居第二位，但是具有竞争力的企业并未进入排名前10位，可见我国在该方面的技术竞争力欠缺，并且日本和美国行业领军企业早已进行了专利布局。

图11 全球专利申请量排名前10名的申请人

3.2 全球主要申请人/专利权人技术分布分析

从图12可以看出，在刹车制动、转向变道、雷达和图像方面，上述10位主要申请人均有研究，并且均将刹车制动作为重点研究的内容之一。在转向变道方面，日产公司相比于其他申请人较为关注该技术的发展；在雷达检测方面，本田和福特公司的申请量较大，可见这两家公司对其进行了大量研究；在图像检测方面，福特、本田和博世的申请量较大。因此，上述申请人的技术优势特点鲜明。

图12 主要申请人/专利权人技术分布

4 车辆主动性防撞技术发展路线

车辆主动性防撞技术从20世纪80年代开始发展，不同时期其发展侧重的技术角度有所不同。侧重于分析车辆主动性防撞技术中关于自动动作避免碰撞、提前预判碰撞的可能性的技术发展路线，并进一步探究其中重要技术分支的发展状况。

4.1 车辆自动动作避免碰撞技术发展路线

图13中关于车辆自动动作避免碰撞技术主要从刹车制动和转向变道两个技术分支进行了梳理，早期的申请人主要关注通过刹车制动防撞(如：JPS6133346A)，进入20世纪90年代，采用刹车制动仍可能存在碰撞的可能性，经过研究，采取主动避让的方式更改行驶车道(如：JPH05238290A)。此外，为了提高刹车制动的效果，申请人采用结合主动警示驾驶员的方式，便于提前预判，实质上从整个技术发展的路线中体现了不同时期技术的研究重点。

图13 车辆自动动作避免碰撞技术发展路线图

4.2 提前预判碰撞的可能性技术发展路线

图14中关于车辆提前预判碰撞的可能性技术主要从雷达检测和图像检测两个技术分支进行了梳理，早期20世纪90年代的申请人采用雷达检测(如：JPH082356A)进行防撞预判，但是有些申请人认为采用雷达检测在特殊环境下仍可能存在碰撞的可能性，经过研究，采取图像的方式进行轨迹检测(如：JPH0630538A)。此外，还涉及激光雷达、红外线技术等，在防撞预判的技术手段上不断丰富。

图14 提前预判碰撞的可能性技术发展路线图

5 总结

通过对中文专利数据库和外文专利数据库进行数据采集，对车辆主动性防撞技术的申请状况进行了统计分析，并对各重要技术分支的发展路线进行梳理分析。通过分析可知，日本、德国和美国传统汽车工业强国在该领域具有较为先进的技术优势，其中日本专利申请量占较大优势。对于国内的申请人来说，想要绕开国外公司的专利壁垒，开辟新的途径存在一定难度。毕竟国外车辆主动性安全防撞技术的发展有了一定的技术沉淀，虽然中国相关技术的专利申请量数目可观，但是核心专利的质量还有待提高。通过对各重要技术分支的发展路线进行梳理分析，不仅了解了车辆主动性安全防撞技术的发展趋势，同时也对该领域的技术发展历程有了更多的了解，有利于在今后的审查工作中提高审查效能。