汽車電動車橋關鍵技術專利狀況分析

曹賽男　歐芝清

摘 要：本文通過對汽車電動車橋關鍵技術的專利申請進行多角度統計分析，包括專利申請趨勢、專利地區分布、專利技術分布、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功效矩陣，剖析了重點專利技術和競爭對手技術研發情況，為車企明確汽車電動車橋專利壁壘情況、明晰自身汽車電動車橋研發定位、制定與競爭對手博弈的技術路線等提供競爭情報支撐。

關鍵詞：電動車橋 關鍵技術 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 電動車橋技術分支

隨著環境問題日益加劇，電動汽車以其環保、舒適、經濟實惠的優點而越來越受到市場的認可，電動汽車的關注也是越來越高，2019年我國電動汽車、新能源汽車銷售量已經超過了120萬輛，電動汽車的車橋是電動汽車的最關鍵部件，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注的研發內容需求，本次分析主要關注電驅動橋、電驅變速箱（EDU）、駐車機構這三個技術分支。

2 專利申請數量變化

通過對檢索到的全部專利文獻進行專利申請數量比較和技術構成分析，了解汽車電動車橋關鍵技術的技術發展趨勢，分析該關鍵技術的技術構成，評估技術創新風險和侵權風險。由于專利申請數量是技術產出的直接反映，所以將專利申請數量和專利申請時間相結合，可以看出不同階段的技術發展情況和發展趨勢。

圖1對截止至2019年12月的電動車橋專利文獻的專利產出情況進行了統計分析，其中，電驅動橋、電驅變速箱（EDU）、駐車機構的專利數量分別為：484、443、73。

電驅動橋年度申請趨勢與電動車橋總體相似，本別在2015年和2018年出現峰值，整體上呈現出波段式上升趨勢;電驅變速箱（EDU）在2006年出現了一個申請高峰（22件），原因在于通用汽車2006年提交了13件電驅變速箱領域的專利，在2012年又出現了一個高峰（32件），然后從2015年開始進入爆發式增長期，2018年申請量為60件;駐車機構分支從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。

電驅動橋技術分支申請專利數量排名第一，為484件;電驅動橋處于傳動系末端，增大由傳動軸或變速器傳來的轉矩，并分配給左、右驅動輪，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。作為底盤系統中的最重要組成部分，電驅動橋申請占比較大，占比為40%，研發較為活躍。

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

駐車機構技術領域分支申請量較少，僅有73件專利申請，占比為6%;駐車機構是實現電動汽車變速器鎖止的執行機構，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。而常規燃油車輛上的 駐車系統由于控制方式不同，且機械結構十分復雜，無法直接應用于電動汽車上，因此亟待開發能夠實現定點停車、控制精度高，不存在向前或者向后滑動的現象的變速箱駐車機構。該技術主要涉及到電動汽車的安全性能，該技術領域的專利布局較為薄弱，可作為研發方向進行技術研發。

3 技術構成分析

通過汽車電動車橋關鍵技術的技術構成，可以直觀的展示該技術的技術研發重點，揭示該技術的技術構成比例。

由圖2可知：在電動車橋技術領域研發活躍度最高的為：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新密切相關，伴隨著車橋結構從傳統形式、電機與車橋集成結構、輪邊電機驅動結構的演變，其中涉及到涉及到輪邊電機驅動結構的IPC分支：發動機布置在或靠近于牽引輪的（B60K7/00）同樣申請有156件，可見輪邊電機結構為研發非常活躍的技術分支;

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構，開發電驅動差速器的目的在于優化電力驅動系統，使扭矩分配合理，使效率達到最高，并實現輕量化，對提高電動車橋的性能，提高了電動汽車的續航里程具有重大意義，因此該技術分支研發熱度較高;

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

4 國內外市場分析

由于申請人通常會根據某項發明的重要性和對該技術的市場預期，決定是否將該項發明在不同的國家進行專利申請，從而構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計分析（注：對于申請人就同一發明在不同國家提出的專利申請分別進行統計）。具體結果參見圖3。

圖3示出專利申請在各目標國的分布。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銷大國，在新能源汽車方面，2017年我國新能源汽車產銷均接近80萬輛，分別達到79.4萬輛和77.7萬輛，同比分別增長53.8%和53.3%，2017年新能源汽車產銷量已占據整體汽車市場的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，中國已經成為了新能源汽車研究開發的主要地區，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，因此共產出了538件相關專利，排名第一，占比達到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，德國聯邦政府計劃至2020年德國電動車保有量將達到一百萬輛，德國知名的汽車制造商或零部件供應商如舍弗勒、戴姆勒、大眾、博世、采埃孚和保時捷等，在新能源汽車技術領域進行了大量的技術研發及儲備。在電動車橋專利申請方面，德國共提交有258件專利申請，占比達24%。

美國曾經為世界第一產銷大國，雖然在2009年被中國趕超，但現在仍居全球第二大汽車市場，不管是傳統的美國“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，其在電動車橋領域提交有35件專利申請。

5 電動車橋專利主要申請人分析

從電動車橋技術領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（24）、博世（22）、博格華納（16）和比亞迪（16）。在電動車橋技術領域，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。

從主要申請人技術分支布局看，通用絕大多數專利（30件）布局在電驅變速箱（EDU）技術領域，可見通用在該技術領域處于領先地位;舍弗勒、戴姆勒在電驅動橋和電驅變速箱（EDU）布局較為均衡;采埃孚、保時捷和比亞迪重點偏向于領域為電驅動橋，吉林大學和博世則重點偏向于在電驅變速箱（EDU）領域，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技術領域申請有專利。

6 技術功效矩陣分析

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

從圖6可以看出在技術需求方面，提高傳動效率、提高可靠性和輕量化是電驅動橋領域需求最大的技術功效，在提高傳動效率方面的技術需求主要通過電機、變速裝置方面的改進來實現，如輪邊電機、雙電機或單電機的安裝結構等;在提高可靠性方面的技術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;輕量化方面的需求主要通過集成設計、電機和變速裝置的改進來實現;此外，實現多速比的技術需求主要通過變速裝置的改進來實現。

從變速裝置與技術功效的關系可以看出，對變速裝置的研發和改進的專利及最多，可實現傳動系統多速比、提高傳動效率、輕量化和降低噪音，如通過雙離合變速 、兩檔變速等結構實現傳動比切換以適應不同的車型或工況，提高傳動效率，降低電機的轉速從而降低噪音。因此，對變速裝置的研發改進是電驅動橋領域值得關注的發展點，但同時該技術手段在降低成本和可靠性方面的功效卻有所欠缺，從長遠發展來看，開發低成本和高可靠性的變速裝置非常必要。

從電機與技術功效的關系可以看出，電機的研發及改進的主要技術需求為提高傳動效率，通過進一步分析發現，達到技術功效不是單純改變電機自身的結構，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系，如采用輪邊電機、中央電機，雙電機或單電機等結構。

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

7 電動車橋重點專利分析

根據專利申請及其同族的被引頻次、國家布局數量、是否發生訴訟、許可、轉讓等因素，綜合判斷專利的重要性。表1從同族的被引頻次、國家布局數量、是否發生訴訟、許可、轉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。專利解決的技術問題主要為：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，侵權風險較小，我國相關企業可結合自身研發中遇到的問題，參考借鑒上述專利中的技術，提高研發起點。

8 總結

本文通過對汽車電動車橋關鍵技術的專利申請進行多角度統計分析，包括專利申請趨勢、專利地區分布、專利技術分布、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功效矩陣，剖析了重點專利技術和競爭對手技術研發情況，為企業明確汽車電動車橋專利壁壘情況、明晰自身汽車電動車橋研發定位、制定與競爭對手博弈的技術路線等提供競爭情報支撐。

論文涉及研究內容獲廣西壯族自治區科技計劃項目資助，項目名稱：廣西汽車集團汽車后橋產品及關鍵技術專利微導航，編號：桂科AC17129050