自动驾驶感知系统

王田 许瑞雪

摘 要：本文对自动驾驶感知系统中的摄像头、激光雷达、毫米波雷达等主要传感器进行了功能介绍，从创新动态、创新区域、创新主体、专利价值等维度对三种传感器进行了专利布局分析，从专利分析的角度为相关技术的研发和专利布局提供参考。

关键词：自动驾驶;传感器;专利分析

1 自动驾驶感知系统简介

自动驾驶中，摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等多种传感器协同工作，融合测量结果辅助进行决策控制，代替驾驶员感知外界环境，协作保证行车安全。

摄像头，对汽车周围环境成像，得到环境信息的二维或三维图像，在道路标志识别方面的作用无法替代。全景成像、双目视觉技术，丰富了识别的环境信息;深度学习算法的应用，使得环境感知更为准确。

激光雷达，使用TOF技术，通过向环境中的物体发射激光束和接收从物体上反射回来的激光束，来测量车辆与物体间的距离，感知车辆周围环境，形成三维的环境信息，在三维建模方面具有较大优势。

毫米波雷达，同样采用TOF测距原理，感知目标物体与车辆间的距离，其波束较窄，可以针对特定区域获取细节，同时具有较强的穿透力，针对雨雾有较好的抗干扰能力。

另外，超声波雷达，也是常见的车载传感器，通常在停车入库场景下检测车辆前后、横向障碍物，也在高速巡航场景下检测相邻车道车辆较近时予以提醒，其应用潜力有待进一步挖掘。

2 自动驾驶传感器专利分析

2.1 专利创新动态分析

图1示出了自动驾驶传感器技术在全球及中国专利创新动态（incopat数据库，检索时间截止2020年5月16日，由于部分专利申请尚未公开，近两年的专利申请量有一定下降），可以看出，摄像头、激光雷达，毫米波雷达的国内与全球的申请量变化趋势相似，2014年之前保持较为平稳的增长态势，在2014年后，进入了快速发展期，专利申请量增长幅度较快。其中，摄像头技术应用较早范围较广，申请量最高，最先出现申请量高峰，目前已向平稳期过度;而激光雷达的申请量高峰出现最晚，预示着该项技术的发展前景广阔。

2.2 创新区域分析

在全球专利申请数量方面，中美两国遥遥领先于其他国家，中美作为世界的汽车技术大国和汽车生产大国，市场竞争激烈，世界范围内各企业对中美市场的专利布局较为重视;在专利申请的活跃度（专利申请量的近三年均值与近十年均值的比值）方面，中国作为汽车技术迅速崛起的国家，国内申请活跃，也吸引了众多国外企业来华布局。三种传感器技术比较而言，激光雷达的专利申请活跃度在各区域均处于最高水平，说明此项技术正处于研发力度大，技术发展快，专利布局加紧阶段。

2.3 创新主体分析

在自动驾驶传感器技术全球排名前十的申请人中，车企和零部件供应商的申请量领先，现代、通用、日产、福特等大型汽车厂商具备技术优势和市场优势，重视专利布局;电装、戴姆勒、麦格纳均为汽车零部件及系统的顶级供应商，依靠技术积累，在专利竞争中占据重要地位。激光雷达方面，Waymo和谷歌表现抢眼，均为Alphabet的子公司，在自动驾驶技术方面技术优势明显，专利布局意识强。毫米波雷方面，國内的车企以及高校占据3个席位，国内技术研发追赶态势明显。

国内自动驾驶传感器技术国内排名靠前的申请人，高校和车企占据绝对优势，科技企业紧随其后。长安大学、吉林大学、江苏大学均有相应的研发团队，具备一定的创新能力;奇瑞汽车、吉利汽车是国内重要的汽车制造企业，也在积极进行专利布局;百度、北京智行者是国内创新型科技公司，百度致力于多传感器融合设计，北京智行者致力于自动驾驶决策控制，研发投入力度大，专利布局意识强。

2.4 专利价值分析

选择自动驾驶传感器技术方面申请量和活跃度均领先的中美两国，对发明授权专利进行价值比对分析。以授权专利的首权字数来反映权利要求的保护范围，进而体现法律上对竞争者的限制程度，一定程度上能够评价专利价值。

美国发明授权专利中，首权为100-200字的占比最高，而中国授权发明专利中，首权为300字以上占比最高;在首权字数小于100字的发明授权专利中，美国的专利数量占比远高于中国，在一定程度上反映出自动驾驶传感器技术方面美国发明授权专利整体上具备较高价值。导致这一现象的原因可能在于美国主要申请人多为企业，而中国主要申请人多为高校，企业相对高校而言，更为注重专利保护以及专利成果转化。

3 小结

本文对自动驾驶感知系统中的摄像头、激光雷达、毫米波雷达等主要传感器进行了功能介绍，从创新动态、创新区域、创新主体等角度展示了传感器技术的发展现状和专利布局情况，并通过中美发明授权专利首权字数对比，在一定程度上反映出中美专利价值度。

参考文献：

[1]王树凤，张钧鑫，刘宗锋.基于改进人工势场法的智能车辆超车路径规划研究[J].汽车技术，2018（03）.

[2]汪波，张建勋，侯之旭.应用人工势场算法的智能车路径规划[J].重庆理工大学学报（自然科学），2015（06）.

注：许瑞雪等同第一作者