汽車電動車橋關(guān)鍵技術(shù)專利狀況分析

曹賽男　歐芝清

摘 要：本文通過對汽車電動車橋關(guān)鍵技術(shù)的專利申請進行多角度統(tǒng)計分析，包括專利申請趨勢、專利地區(qū)分布、專利技術(shù)分布、主要專利申請人和重要競爭對手分析等，繪制了汽車電動車橋技術(shù)功效矩陣，剖析了重點專利技術(shù)和競爭對手技術(shù)研發(fā)情況，為車企明確汽車電動車橋?qū)＠趬厩闆r、明晰自身汽車電動車橋研發(fā)定位、制定與競爭對手博弈的技術(shù)路線等提供競爭情報支撐。

關(guān)鍵詞：電動車橋 關(guān)鍵技術(shù) 專利

An Analysis of Key Technology Patent Status of Automobile Electric Axle

Cao Sainan Ou Zhiqing

Abstract：This article uses a multi-angle statistical analysis of patent applications for key technologies of automobile electric axles， including patent application trends， patent regional distribution， patent technology distribution， analysis of main patent applicants and important competitors， etc.， and draws technical efficiency matrix of the automobile electric axles， analyzes the research and development of key patented technologies and competitors' technologies， and provides competitive intelligence support for car companies to clarify the patent barriers of automobile electric axles and their own automobile electric axle research and development positioning， and formulate technical routes to compete with competitors.

Key words：automobile electric axles，key technology，patent

1 電動車橋技術(shù)分支

隨著環(huán)境問題日益加劇，電動汽車以其環(huán)保、舒適、經(jīng)濟實惠的優(yōu)點而越來越受到市場的認(rèn)可，電動汽車的關(guān)注也是越來越高，2019年我國電動汽車、新能源汽車銷售量已經(jīng)超過了120萬輛，電動汽車的車橋是電動汽車的最關(guān)鍵部件，它直接影響到車輛的傳動效率和整車性能。綜合考慮我公司目前關(guān)注的研發(fā)內(nèi)容需求，本次分析主要關(guān)注電驅(qū)動橋、電驅(qū)變速箱（EDU）、駐車機構(gòu)這三個技術(shù)分支。

2 專利申請數(shù)量變化

通過對檢索到的全部專利文獻進行專利申請數(shù)量比較和技術(shù)構(gòu)成分析，了解汽車電動車橋關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)發(fā)展趨勢，分析該關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)構(gòu)成，評估技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險和侵權(quán)風(fēng)險。由于專利申請數(shù)量是技術(shù)產(chǎn)出的直接反映，所以將專利申請數(shù)量和專利申請時間相結(jié)合，可以看出不同階段的技術(shù)發(fā)展情況和發(fā)展趨勢。

圖1對截止至2019年12月的電動車橋?qū)＠墨I的專利產(chǎn)出情況進行了統(tǒng)計分析，其中，電驅(qū)動橋、電驅(qū)變速箱（EDU）、駐車機構(gòu)的專利數(shù)量分別為：484、443、73。

電驅(qū)動橋年度申請趨勢與電動車橋總體相似，本別在2015年和2018年出現(xiàn)峰值，整體上呈現(xiàn)出波段式上升趨勢;電驅(qū)變速箱（EDU）在2006年出現(xiàn)了一個申請高峰（22件），原因在于通用汽車2006年提交了13件電驅(qū)變速箱領(lǐng)域的專利，在2012年又出現(xiàn)了一個高峰（32件），然后從2015年開始進入爆發(fā)式增長期，2018年申請量為60件;駐車機構(gòu)分支從2011年之前專利申請很少，之后申請量略有增加，但是僅保持在每年10件以下。其他技術(shù)分支從2010年開始增多，之后便波段式徘徊在每年20件左右的申請量。

電驅(qū)動橋技術(shù)分支申請專利數(shù)量排名第一，為484件;電驅(qū)動橋處于傳動系末端，增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并分配給左、右驅(qū)動輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直立、縱向力和橫向力。作為底盤系統(tǒng)中的最重要組成部分，電驅(qū)動橋申請占比較大，占比為40%，研發(fā)較為活躍。

電驅(qū)變速箱（EDU）技術(shù)分支專利申請量排名第二，為443件;電驅(qū)動單元（ELECTRIC DRIVING UNIT）為智能電驅(qū)變速箱，能自動調(diào)整傳動比，切換不同的動力模式的變速箱，簡稱EDU。由于電機調(diào)速范圍有限，且大范圍的轉(zhuǎn)速變化對電機和電池?fù)p傷較大，因此匹配可變速的變速器把電機轉(zhuǎn)速控制在合理范圍內(nèi)，是電動汽車傳動系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢，因此電驅(qū)變速箱（EDU）技術(shù)專利申請量占比也達(dá)到了37%。

駐車機構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域分支申請量較少，僅有73件專利申請，占比為6%;駐車機構(gòu)是實現(xiàn)電動汽車變速器鎖止的執(zhí)行機構(gòu)，它可以有效地保證電動汽車在原地可靠地停駐，且在任何情況下都不會自動滑行。而常規(guī)燃油車輛上的 駐車系統(tǒng)由于控制方式不同，且機械結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，無法直接應(yīng)用于電動汽車上，因此亟待開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)定點停車、控制精度高，不存在向前或者向后滑動的現(xiàn)象的變速箱駐車機構(gòu)。該技術(shù)主要涉及到電動汽車的安全性能，該技術(shù)領(lǐng)域的專利布局較為薄弱，可作為研發(fā)方向進行技術(shù)研發(fā)。

3 技術(shù)構(gòu)成分析

通過汽車電動車橋關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)構(gòu)成，可以直觀的展示該技術(shù)的技術(shù)研發(fā)重點，揭示該技術(shù)的技術(shù)構(gòu)成比例。

由圖2可知：在電動車橋技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)活躍度最高的為：電動力裝置的布置或安裝（B60K1/00），這與電動車橋中電機的布置方式的不斷創(chuàng)新密切相關(guān)，伴隨著車橋結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)形式、電機與車橋集成結(jié)構(gòu)、輪邊電機驅(qū)動結(jié)構(gòu)的演變，其中涉及到涉及到輪邊電機驅(qū)動結(jié)構(gòu)的IPC分支：發(fā)動機布置在或靠近于牽引輪的（B60K7/00）同樣申請有156件，可見輪邊電機結(jié)構(gòu)為研發(fā)非常活躍的技術(shù)分支;

排名第二的IPC分支：差速傳動的（B60K17/16）主要涉及到電動后橋差速器結(jié)構(gòu)，開發(fā)電驅(qū)動差速器的目的在于優(yōu)化電力驅(qū)動系統(tǒng)，使扭矩分配合理，使效率達(dá)到最高，并實現(xiàn)輕量化，對提高電動車橋的性能，提高了電動汽車的續(xù)航里程具有重大意義，因此該技術(shù)分支研發(fā)熱度較高;

第四的IPC分支：以齒輪轉(zhuǎn)動裝置的布置、定位或類型為特點的（B60K17/04）技術(shù)領(lǐng)域主要涉及到電動變速箱（EDU），由于電機調(diào)速范圍有限，且大范圍的轉(zhuǎn)速變化對電機和電池?fù)p傷較大，因此匹配可變速的變速器把電機轉(zhuǎn)速控制在合理范圍內(nèi)，是電動汽車傳動系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢，因此研發(fā)電驅(qū)變速箱（EDU）的熱度也較高。

4 國內(nèi)外市場分析

由于申請人通常會根據(jù)某項發(fā)明的重要性和對該技術(shù)的市場預(yù)期，決定是否將該項發(fā)明在不同的國家進行專利申請，從而構(gòu)成一個同族專利申請。因此，通過對同族專利申請所屬國的分析，可以了解該技術(shù)在不同國家的保護力度和市場熱度。下文對專利申請的專利申請所屬國進行統(tǒng)計分析（注：對于申請人就同一發(fā)明在不同國家提出的專利申請分別進行統(tǒng)計）。具體結(jié)果參見圖3。

圖3示出專利申請在各目標(biāo)國的分布。從各國專利申請趨勢可知，電動車橋在全球范圍內(nèi)的分布如下：排名靠前的中國、德國和美國占比最大，占到了總申請量的87%，此外日本和英國也申請有少量專利，但比例很小。

中國作為近幾年全球最大的汽車產(chǎn)銷大國，在新能源汽車方面，2017年我國新能源汽車產(chǎn)銷均接近80萬輛，分別達(dá)到79.4萬輛和77.7萬輛，同比分別增長53.8%和53.3%，2017年新能源汽車產(chǎn)銷量已占據(jù)整體汽車市場的2.7%。世界各大汽車廠家均在中國開展新能源汽車市場布局，中國已經(jīng)成為了新能源汽車研究開發(fā)的主要地區(qū)，在此契機中崛起的車企有比亞迪、上汽集團、宇通客車和北汽集團等企業(yè)，因此共產(chǎn)出了538件相關(guān)專利，排名第一，占比達(dá)到40%。

隨著歐洲國家禁售燃油車的的日程表逐漸推出，德國作為歐洲汽車制造強國，正在積極推廣新能源汽車，并出臺一系列補貼措施，德國聯(lián)邦政府計劃至2020年德國電動車保有量將達(dá)到一百萬輛，德國知名的汽車制造商或零部件供應(yīng)商如舍弗勒、戴姆勒、大眾、博世、采埃孚和保時捷等，在新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域進行了大量的技術(shù)研發(fā)及儲備。在電動車橋?qū)＠暾埛矫?，德國共提交?58件專利申請，占比達(dá)24%。

美國曾經(jīng)為世界第一產(chǎn)銷大國，雖然在2009年被中國趕超，但現(xiàn)在仍居全球第二大汽車市場，不管是傳統(tǒng)的美國“三大品牌”中，通用、福特和克萊斯勒或新興公司（如特斯拉）都開展了大量的研究，提交有較多的關(guān)于電動車橋的專利申請（139件），比較突出的申請人為通用公司，其在電動車橋領(lǐng)域提交有35件專利申請。

5 電動車橋?qū)＠饕暾埲朔治?/p>

從電動車橋技術(shù)領(lǐng)域排名前十的申請人依次為通用（35件）、舍弗勒（30件）、戴姆勒（29）、采埃孚（29）、保時捷（28）、吉林大學(xué)（24）、博世（22）、博格華納（16）和比亞迪（16）。在電動車橋技術(shù)領(lǐng)域，德國申請人有5個進入前十，美國和中國均有兩個申請人排名前十。

從主要申請人技術(shù)分支布局看，通用絕大多數(shù)專利（30件）布局在電驅(qū)變速箱（EDU）技術(shù)領(lǐng)域，可見通用在該技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位;舍弗勒、戴姆勒在電驅(qū)動橋和電驅(qū)變速箱（EDU）布局較為均衡;采埃孚、保時捷和比亞迪重點偏向于領(lǐng)域為電驅(qū)動橋，吉林大學(xué)和博世則重點偏向于在電驅(qū)變速箱（EDU）領(lǐng)域，博格華納布局較為均衡，主要申請人中只有比亞迪合博格華納在駐車機構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域申請有專利。

6 技術(shù)功效矩陣分析

利用技術(shù)功效矩陣對電動車橋最主要的技術(shù)分支：電驅(qū)動橋近10年的專利申請情況進一步分析，橫坐標(biāo)為技術(shù)功效（代表技術(shù)需求），縱坐標(biāo)為各個技術(shù)分支（代表相應(yīng)的技術(shù)手段），圖中的圓形面積越大，就代表越多的專利采用該技術(shù)手段達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)功效，有助于企業(yè)準(zhǔn)確把握研發(fā)重點和研發(fā)方向，獲得技術(shù)上的啟示與突破，進而制定科學(xué)合理的專利布局策略。

從圖6可以看出在技術(shù)需求方面，提高傳動效率、提高可靠性和輕量化是電驅(qū)動橋領(lǐng)域需求最大的技術(shù)功效，在提高傳動效率方面的技術(shù)需求主要通過電機、變速裝置方面的改進來實現(xiàn)，如輪邊電機、雙電機或單電機的安裝結(jié)構(gòu)等;在提高可靠性方面的技術(shù)需求主要通過傳動軸、電機、差速器和冷卻潤滑方面的改進來實現(xiàn);輕量化方面的需求主要通過集成設(shè)計、電機和變速裝置的改進來實現(xiàn);此外，實現(xiàn)多速比的技術(shù)需求主要通過變速裝置的改進來實現(xiàn)。

從變速裝置與技術(shù)功效的關(guān)系可以看出，對變速裝置的研發(fā)和改進的專利及最多，可實現(xiàn)傳動系統(tǒng)多速比、提高傳動效率、輕量化和降低噪音，如通過雙離合變速 、兩檔變速等結(jié)構(gòu)實現(xiàn)傳動比切換以適應(yīng)不同的車型或工況，提高傳動效率，降低電機的轉(zhuǎn)速從而降低噪音。因此，對變速裝置的研發(fā)改進是電驅(qū)動橋領(lǐng)域值得關(guān)注的發(fā)展點，但同時該技術(shù)手段在降低成本和可靠性方面的功效卻有所欠缺，從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，開發(fā)低成本和高可靠性的變速裝置非常必要。

從電機與技術(shù)功效的關(guān)系可以看出，電機的研發(fā)及改進的主要技術(shù)需求為提高傳動效率，通過進一步分析發(fā)現(xiàn)，達(dá)到技術(shù)功效不是單純改變電機自身的結(jié)構(gòu)，而是改進電機的布置形式，或者電機與減速器、差速器，半軸或車輪等連接關(guān)系，如采用輪邊電機、中央電機，雙電機或單電機等結(jié)構(gòu)。

集成設(shè)計主要是為了輕量化的需求，傳動軸、制動系統(tǒng)和冷卻潤滑系統(tǒng)的的改進主要是達(dá)到提高可靠性的要求。目前電動汽車生產(chǎn)成本較高，降低生產(chǎn)成本是未來電動汽車發(fā)展的重要方向，從圖可見滿足輕量化要求的技術(shù)功效的專利較少，主要集中在電機的改進，企業(yè)可以體積較大、重量較重的部件為出發(fā)點，如差速器、變速器和傳動軸等關(guān)鍵部件進行改進及研發(fā)，簡化結(jié)構(gòu)，并開展專利布局，在技術(shù)空白點建立競爭優(yōu)勢。

7 電動車橋重點專利分析

根據(jù)專利申請及其同族的被引頻次、國家布局?jǐn)?shù)量、是否發(fā)生訴訟、許可、轉(zhuǎn)讓等因素，綜合判斷專利的重要性。表1從同族的被引頻次、國家布局?jǐn)?shù)量、是否發(fā)生訴訟、許可、轉(zhuǎn)讓等因素分析得到的重點專利，重點專利均為外國專利，且申請日期較早，這與國外電動汽車起步較早，專利申請較早密切相關(guān)。專利解決的技術(shù)問題主要為：冷卻潤滑、提高傳動效率、小型化等，且上述專利大部分為過期或者失效專利，侵權(quán)風(fēng)險較小，我國相關(guān)企業(yè)可結(jié)合自身研發(fā)中遇到的問題，參考借鑒上述專利中的技術(shù)，提高研發(fā)起點。

8 總結(jié)

本文通過對汽車電動車橋關(guān)鍵技術(shù)的專利申請進行多角度統(tǒng)計分析，包括專利申請趨勢、專利地區(qū)分布、專利技術(shù)分布、主要專利申請人和重要競爭對手分析等，繪制了汽車電動車橋技術(shù)功效矩陣，剖析了重點專利技術(shù)和競爭對手技術(shù)研發(fā)情況，為企業(yè)明確汽車電動車橋?qū)＠趬厩闆r、明晰自身汽車電動車橋研發(fā)定位、制定與競爭對手博弈的技術(shù)路線等提供競爭情報支撐。

論文涉及研究內(nèi)容獲廣西壯族自治區(qū)科技計劃項目資助，項目名稱：廣西汽車集團汽車后橋產(chǎn)品及關(guān)鍵技術(shù)專利微導(dǎo)航，編號：桂科AC17129050