自动驾驶汽车背后的发明

余雪松

近期，欧洲专利局（EPO）发布《专利与自动驾驶汽车：自动驾驶背后的发明》。报告认为，随着人工智能、5G、大数据、传感技术、新型计算技术等新一代信息技术与汽车产业的深度融合，自动驾驶汽车正在引发汽车产业的第四次重大变革。各大企业投入巨资积极开展布局，无人驾驶汽车相关专利增长迅猛。报告显示，自2011年起至2017年，欧洲专利局受理的SDV技术相关的专利申请数量增长了330%; SDV 技术相关申请量位居前25位的申请人所申请的专利数量占SDV专利总申请量约40%。

21世纪，很少有像自动驾驶汽车（SDV）一样能够产生巨大影响的发明，传统交通方式将会发生彻底改变。SDV所需的许多技术已经进入消费者市场，包括车道保持辅助系统、雨量感应刮水器、自动制动系统等。预计SDV将从2025年开始商业化，市场潜力相当可观，到2030年SDV市场规模可能达到数千亿美元。工业和创新企业正在为开发SDV技术的竞争投入大量资源，仅2014年至2017年期间，针对SDV发展的投资额便超过800亿美元，预计这一数额将在未来几年中继续增长。

汽车自动化发展趋势及挑战

发展趋势。汽车是欧洲的支柱产业之一，在欧洲提供了超过1300万个直接和间接就业岗位，占2016年总就业人数的 6.1%; 2017 年汽车行业净贸易顺差已达到903亿欧元。 汽车也是欧盟研发和创新（R&I）投入力度最大的领域，仅2016年就达540亿欧元以上。

汽车是专利密集型行业，巨额R&I投资带来了欧洲专利申请的持续增长。2006年至2015年期间，欧洲境内各专利局共受理了20万项与汽车技术相关的发明专利申请。尽管 2007至2008年出现过急剧但短暂的下降，其上升趋势几乎从未中断。仅200年至2015年期间，欧洲寻求专利保护的发明数量增加了36.2%。

当前，欧洲乃至全球汽车行业正处于根本性转型的边缘，一方面汽车行业必须能够不断提供更清洁、更安全、更高效、更可持续且更具包容性的运输解决方案;另一方面企业需要保持竞争力，方可继续为欧洲创造就业机会和经济增长。

推动汽车产业转型的主要驱动因素有两个：一是公路运输的绿色环保需求，二是全自动驾驶汽车的自动化程度不断提高。

面临挑战。自动驾驶汽车正逐步进入市场，日益增长的计算能力、高速连接、人工智能的深度学习算法以及快速且分散的数据处理能力将提供更加完善的移动解决方案和自动驾驶汽车，将对交通系统产生重大影响，包括道路使用和交通管理。然而，仍有许多挑战需要解决：

网络安全——网络安全亟待加强。持续增长的网联汽车需要安全的数据传输以及保护车辆内部通信免受外部入侵。

测试和验证——自动驾驶和自动车辆还需要进行安全操作测试和验证。SDV可能遇到的众多不同驾驶情形，需要测试许多场景并验证自动响应，虚拟测试和认证可能成为推进途径。对于无驾驶员的更高水平自动驾驶而言，需要考虑更加全面的交通场景，测试和验证工作也会大幅增加。

与其他道路使用者共存——车辆及其用户从低级别到高级别自动化的过渡期本身就形成了重大的技术和运营挑战。如，自动化、半自动化和非自动化车辆及其用户应如何安全地共存？如何更好地规范自动驾驶车辆中的驾驶员行为，以避免风险和混乱？

管理同SDV之间的交互——为实现更广泛的接受度和自动化车辆的大众市场，在任何时间和任何交通环境中都应当能够读取和理解自动驾驶，无论环境条件是否不利、人类特征是否不同。应当研究并评估相关功能的影响，同时还要评估是否需要将驾驶员的意图和行动包含在自动驾驶的设计中。

车辆设计——由于具有更高水平的自动驾驶和越来越多的可用信息、警报和内容，这意味着在任何时候未来车辆必须始终能够保证车辆乘客和其他道路使用者的“安全边际”，在设计时将面临重大挑战。

综合移动性：车辆、商业模式和解决方案——一个能够为整个价值链中的服务、车辆和应用提供新的创新理念的繁荣生态系统正在崭露头角。

舒适和便利——车辆自动化可以通过提高舒适性和便利性以及提升生产率的方式为驾驶员、商业和客户创造价值。个性化交通解决方案——随着更高级别的自动驾驶部署，可以开发更加个性化的移动性服务。

环境可持续性——网联的自动驾驶车辆、货物和道路基础设施将构建智能化的交通系统，在很大程度上提高利用率和货运效率的同时提升运输的安全性和环境可持续性。

SDV 发明和专利数据

SDV 发明的范畴。国际汽车工程师学会（SAE）定义了六种不同的车辆自动化水平，即从0级（几乎不具备驾驶自动化）到5级（完全自动化驾驶）。本研究的对象是能够使车辆具备SAE标准中4级（高自动化）和5级（完全自动驾驶）能力的发明，对所有相关专利申请进行严格筛选，并覆盖了5G 网络、云计算等通用技术和电气化、动力系统等同車辆自动化相关的特定技术。

SDV发明可分为两大部分，每个部分又可划分若干技术领域。第一部分即为自动车辆平台，涵盖车辆本身所体现的技术， 包括三个领域：感知、分析和决策，计算和汽车操控。第二部分即为智慧环境，可使自动车辆彼此相互作用以及同周围环境进行相互作用的技术，包括两个领域：通信和智能物流。

专利数据。本文部分专利分析数据只采用欧洲专利局（EPO）所受理的专利申请（1990年至2017年期间直接向EPO提交的申请或进入欧洲的《专利合作条约（PCT）》申请），不包含仅向《欧洲专利公约（EPC）》各缔约国专利局提交的专利申请，因此统计数据并不能充分反映申请人的整体创新能力。 整体来看，基于EPO对于专利申请的严格审查，其专利数据具有以下优点：

首先，它涵盖了欧洲市场的最新专利统计数据，其中包括2017年提交的未公布的专利文件。其次，它定义了一个同质的专利申请群体，可以直接进行相互比较。第三，在大多数情况下，一项专利申请可被视为能够代表一项技术发明。

根据欧洲专利局官方报告的年度统计方法，所有统计数据的参考年份应当为欧洲专利申请的提交年份（直接向EPO提交的申请（EPC第七十五条）或进入欧洲阶段的年份（PCT专利申请（第一百五十八条第二款）和EPC 107规则）。每个欧洲专利申请将按照技术相关性归属到SDV的一个或多个部分（第1层）、领域（第2层）或技术内容（第3层）。为能够进一步分析SDV技术申请人的申请策略，以EPO的官方语言之一提出申请，且至少有一项专利申请已提交至EPO或EPC缔约国专利局的所有专利都在统计范围内，每个专利族的日期为在欧洲最早专利申请的提交日期。必要时，统计数据进一步采用PATSTAT（EPO全球专利统计数据库）以及内部数据库，以确认申请人和发明人的名称和地址等信息。申请人的名称进行了统一化处理，以便对申请人进行分析。在统计申请人的国别时，仅考虑第一个申请人的所在国家。

SDV 发明的主要特点

信息技术与汽车深度融合加速SDV发展。2000年至2015年期间，欧洲共有24，311项同SDV技术相关的发明寻求了一项或多项专利申请。以最早的专利申请日期为基准，从2000年到2015年SDV发明的年度数量增长了6.5倍。

已有汽车技术的更广泛基准类别对应于汽车技术的已有类别的所有发明，因此涵盖了当今大规模生产的车辆中的所有技术。2000年至2015年期间，欧洲共有298，190项此类发明寻求了专利保护。以最早的专利申请日期为基准，这些SDV发明的年度数量在同期增加了59%。

约有三分之一的SDV发明被归入汽车技术的已有类别。其余三分之二代表了已有汽车技术以外的领域，主要涉及信息和通信技术。SDV技术的两大部分，即已有汽车相关的技术以及无关的技术，正在以类似的速度增长。这表明信息通信技术（ICT）与已有汽车技术的整合在很大程度上推动了 SDV技术的发展。

在对 SDV 五个不同技术领域开展分析之后，可以进一步确认上述结论。2011年至2015年期间，SDV发明和已有汽车技术交叉程度最高的领域是汽车操控（66%），其次是感知、分析和决策（45%）。这两个技术领域最接近于汽车行业的核心竞争力，交叉程度为37%的计算也紧随其后。被视为 ICT行业核心竞争力的通信（18%）技术交叉度最低，交叉度较低的还有智能物流（33%）。

SDV 发明保护力度明显加强。通过对SDV和已有汽车技术的专利族比较分析， 进一步揭示了专利保护的地域范围以及申请途径的重要差异。

通过分析SDV和已有汽车技术专利族的平均规模，可以看出SDV发明的申请人正在更多的司法管辖区寻求专利保护。2011年至2015年期间，已有汽车技术的专利族平均规模为3.2，而SDV技术的专利族平均规模要大得多，每项发明对应着4.8项专利申请。从SDV技术五个细分领域看，其专利族平均规模均超过了已有汽车技术。同 ICT 行业关系密切的两个技术领域通信和计算的专利族平均规模分别为5.3 项和 4.7 项，远高于SDV技术的平均水平。

分析显示，包含了向EPO申请或使用PCT路线的国际申请的 SDV 技术专利族数量占比更高。仅向EPO申请专利的SDV技术发明占比接近69%，而高达77%的SDV技术发明已通过EPO或PCT进行了国际专利申请。就已有汽车技术而言，通过EPO申请专利的这一比例降至40%，如果同时考虑PCT，则比例为51%。这意味着SDV技术发明通常会寻求广泛的国际保护，而已有汽车技术的专利申请则主要集中在少数司法管辖区。这表明 SDV申请人倾向于将其专利申请策略与ICT行业的通常做法保持一致。

SDV专利态势

SDV技术的总体趋势。过去十年，EPO共受理了17735项与SDV技术相关的专利申请。2008年至2011年期间，SDV技术相关的专利申请年度数量稳定在1000项以下，在接下来的几年间开始急剧上升，2017年达到了近4000项。

2012年之前，大多数专利申请集中在自动车辆平台这一细分领域。近年来，与智能环境这一细分领域相关的发明增长越来越快，重要性也日益提高。当前，智能环境技术占 SDV 专利申请的比重更高。数据显示，智能环境与自动车辆平台专利申请数量的比例从 2008 年的 2：5 提升至2015年的4：5。整体来看，过去十年智能环境相关的专利申请总计为8627 项，而自动车辆平台的申请数量则为13723项。这其中有4615项（占SDV专利申请总数的26%）专利申请与这两个领域均相关。

SDV专利申请持续快速增长，2017年其占所有欧洲专利申请的比重已达到2.4%，而在2011年前的数年间这一数值只有0.6%左右。相对而言，EPO先前的研究显示，与第四次工业革命极度相关的智能连接技术在欧洲专利申请中的比重已从2011年的2%上升到2016年的3.3%。

SDV 细分领域的发展趋势。SDV技术的五个细分领域，都对实现全自动车辆起着重要作用，其专利申请数量变化情况。 其中，感知、分析和决策的专利申请数量最高，2008年至2017年期间达8733项;其后依次为6975项的通信，5163项的汽车操控和4515项的计算;智能物流的专利申请数量最低，仅为3378项。2011年至2017年期间所有细分领域的专利申请数量均有明显增加，通信和计算两个领域的复合增长率最高。

SDV 技术的申请人概况

SDV 专利申请行业分布情况。为分析不同行业对SDV专利申请的贡献程度，根据主要经济活动情况将前500强的SDV 专利申请人分为六个不同行业：汽车、其他运输工具、电信、 汽车 ICT、机械和电气设备以及其他。

汽车ICT在EPO受理的所有SDV专利申请中的占比最高（32.8%），随其后的是汽车（29.3%），电信（13.6%）、机械和电气设备（12.1%）分别位列第三和第四。这五个行业可被分为两大类：一类是电信和汽车ICT，主要包括大型科技公司;另一类是作为运输部门主要参与者的汽车、 其他运输工具及机械和电气设备企业。这两类申请人对SDV的創新贡献度几乎相同，分别2011年至2017年期间所有SDV发明的46%和49%。

然而，进一步分析SDV五个细分技术领域的申请人情况，这六大行业对SDV领域创造性活动的贡献较为悬殊。电信、汽车ICT行业显然在通信领域具有优势，而在计算领域汽车ICT行业的贡献也很突出。相比之下，汽车行业在汽车操控领域的专利申请比例特别高（超过 63%），在智能物流（48.7%），感知、分析和决策（44.4%）以及计算（33.6%）等领域也占据着重要的地位。除通信外， 机械和电气设备以及其他运输工具企业对所有 SDV 细分领域均做出了一定贡献。

EPO受理的SDV技术前25名申请人。2011年至2017年期间，三星集团共提交了624项专利申请，位居欧洲专利局受理的SDV专利申请人之首，其后依次为英特尔、高通和LG 集团，这四家企业都是全球知名的ICT企业。博世和丰田汽车这两家汽车行业的知名公司，分列第五位和第六位。接下来是三家知名ICT企业诺基亚、爱立信和微软以及一家国际汽车零部件供应商大陆集团。许多其他汽车制造商和传统汽车零部件供应商也都在榜单之中。在排行前 25 名的申请人中，约有一半从事ICT行业，另一半则从事运输或相关行业。

描述技术发展阶段的一个常用指标就是专利申请所有权人的集中度。更高的集中度通常意味着市场更加成熟，而较低的集成度则表明市场尚未巩固，且市场参与者的竞争将更加激烈。在SDV专利申请中，排行前五名的申请人占据所有专利申请量的15.5%，前十名的申请人则占25%左右，前25名占比约为40%，其余60%则来自于数百个较小的技术参与者，这表明新兴的SDV领域创新来自不同规模、不同行业和技术概况的众多参与者。

作为集中度量的标准，智能物流，感知、分析和决策以计算领域的占比相对较低而且稳定，这表明这些领域最适合新入行进行创新。相比之下，通信以及较小程度的汽车操控却表现出明显的更高集中度。可以看出，在这两个技术领域中ICT和汽车行业的大型现有申请人占据着更强势的地位。

SDV 专利申请人的地域分布

全球分布情况。2008年至2017年期间，欧洲申请人共提交了6628项专利申请，在EPO受理的SDV专利申请中所占比例最高，紧随其后的是专利申请数量为5845项的美国申请人，日本申请人位居第三，共提交了2671项专利申请，不足美国专利申请数量的一半。韩国的专利申请数量排名第四，共1176项;随后为中国，在过去十年中的专利申请数量为509项。2008年至2017年期间，这五个国家或地区占据了EPO已受理的所有SDV专利申請的95%。

然而，中国申请人在EPO受理的SDV发明专利申请中的比重很小，2011年至2017年期间SDV申请仅占总量的3.2%，这一数字还要稍低于中国申请人同期在EPO受理的专利申请中比重。2011年至2017年期间，同向EPO申请的专利总数相比，美国和韩国的申请人对SDV技术专利申请做出了更多贡献。其中，美国申请人在SDV中的比例（33.7%）高于他们在EPO申请的专利总量比重（24.7%）。欧洲占SDV专利申请的比重为37.2%，在EPO专利申请总量中占48.7%。

启示

SDV的这种专利态势突出地显示出利益相关者必须适应新现实。SDV的发展涵盖了许多技术和行业，汇集了各种创新型企业，其中有许多是交通运输行业的新手。部分强大的汽车、软件和电信企业已经在SDV技术的不同子行业中开发出强大的专利组合。大量的小型申请人也为这些领域的创新做出了重要贡献。鉴于这种破碎的现状，SDV产业的成功发展可能取决于不同参与者在利用技术互补性方面将如何展开合作。

专利制度在这一过程中将发挥重要作用。除了为SDV发明的开发和商业化提供安全性之外，随着SDV行业的进一步成熟，专利将有助于在不同技术专家之间进行新的许可和协作安排。从该研究的结果可以看出，SDV申请人已经开始调整其专利保护策略。然而，汽车和ICT行业在管理和利用专利方面的实践仍存在显著差异。如何克服这些差异并发明新的协作模式，是新兴SDV行业面临的挑战之一。