基于專利分析的智能座艙系統技術研究*

王軍雷 冀然

（中國汽車技術研究中心有限公司，天津300300）

主題詞：智能座艙 專利分析 信息安全 個性化功能

1 前言

隨著智能化技術在汽車領域的應用日漸廣泛，汽車座艙也逐漸由機械座艙過渡到智能座艙。智能座艙具有以下特點：具有大尺寸中控液晶屏，全液晶儀表替代傳統儀表，中控屏與儀表盤一體化設計，新增HUD抬頭顯示、流媒體后視鏡等，人機交互方式呈多樣化趨勢。

智能座艙系統面向的是座艙的系統級層面，包括車機、多個顯示屏、攝像頭、語音交互模塊以及車內的座椅、踏板等部件。智能座艙系統是整個智能座艙領域的基礎，主要關注整體架構和各部件協調實現的功能。通過檢索智能座艙系統方面的專利，深刻剖析專利背后的技術手段，從全球專利申請態勢、地域分布和申請人3個方面進行宏觀分析，從整體架構、系統測試、系統功能和系統安全性4個方面進行微觀分析，最后基于分析結果對智能座艙技術的發展進行展望。

2 智能座艙系統專利分析

分析使用的專利檢索數據庫為中國汽車技術研究中心自主研發的全球汽車專利數據庫，收錄了全球104個國家/地區的1.4億條專利數據。對智能座艙系統相關專利進行檢索，時間范圍為2010年1月1日至今。

檢索主要采用分類號和關鍵詞相結合的方式，關鍵詞包括智能座艙、系統、人機交互、駕駛等。分類號包括B60和G06等。對檢索到的初始專利文件進行去噪和標引，最終得到智能座艙系統技術相關的專利。其中，國內專利1 002件，國外專利249件。

2.1 智能座艙系統技術全球專利申請態勢分析

智能座艙系統技術相關專利的申請量如圖1所示，受專利申請滿18個月才公開的影響，2020年和2021年的申請量應較圖中數據更多。

從圖1可以看出，國內外智能座艙系統技術年度專利申請量以2015年為分界點，2015年以前，國內外專利申請量在20件以內，屬于剛剛起步的階段。2015年以后，國內智能座艙技術年度專利申請量呈現逐年上升的趨勢，迎來高度發展階段，并在2020年達到頂峰；而國外的相關專利申請量在2018年達到頂峰，后逐年下降，智能座艙技術相對停滯。從圖1中還可以看出，2017年至2021年，國內相關專利申請量增速較快，可在一定程度上說明我國的智能座艙系統技術正在加速趕超國外技術，未來將會有更多的新技術和新產品出現。

圖1 國內外智能座艙系統技術年度專利申請量

2.2 智能座艙系統技術地域分布分析

智能座艙系統技術的全球專利布局情況如表1所示，專利布局國家較為集中，中國和美國的專利申請占全球相關專利申請的80%以上。

表1 智能座艙系統技術國家分布情況

從專利申請量地域分布情況來看，中國是智能座艙系統技術的最大輸入國。這表明，中國的智能座艙系統技術發展迅猛。但是，國外的技術起步較早，已形成一定的技術壁壘，這導致中國雖然有較多的申請量，但是發明授權量只有6件，實用新型授權也只有38件?？梢姡悄茏撓到y技術想要突破發展，還需要加大研發力度，差異化發展也許是一條可行之路。

2.3 智能座艙系統技術申請人分析

國內智能座艙系統技術專利的申請人分布如圖2所示，排名前5位的申請人依次是華為技術有限公司、上海博泰悅臻電子設備制造有限公司、上海博泰悅臻網絡技術服務有限公司、上海擎感智能科技有限公司和廣州小鵬汽車科技有限公司。匯聚了主機企業、零部件企業和互聯網企業。其中，華為技術有限公司的專利申請量比較領先，對于互聯網企業來說，在車輛的智能化體驗上發力也許是發展的新路徑。

圖2 國內智能座艙系統技術專利申請人

國外智能座艙系統技術專利的申請人分布如圖3所示，排名第1位的申請人是LG ELECTRONICS INC公司。韓國LG電子與Luxoft公司宣布達成戰略合作協議，將聯合組建一家汽車軟件合資企業。雙方將基于LG的webOS Auto（汽車網絡操作系統）汽車平臺，推動可量產的數字座艙、車載信息娛樂、后座娛樂系統和打車服務的市場部署。我國企業對智能座艙系統的研發需要繞過韓國LG電子公司布局的技術點，與韓國LG電子公司進行差異化競爭。

圖3 國外智能座艙系統技術專利申請人

3 智能座艙系統技術熱點分析

通過對國內專利的技術手段、技術問題和技術效果進行深度剖析，得到近幾年智能座艙系統的技術熱點，如圖4所示，從專利分析的角度，近幾年國內智能座艙系統主要關注的技術熱點包括：整體架構、系統測試、系統功能和系統安全性。圖4還示出了每個技術熱點的專利申請數量。

圖4 智能座艙系統的技術熱點分析

3.1 整體架構相關專利分析

整體架構及代表專利包括：一機多屏架構（CN113022305A）、硬隔離架構（CN111240751A）、一芯雙系統（CN113163171A、CN112929343A）、人機工程架構（CN112918337A）、云端與域控制器架構（CN112837407A）、面向服務的架構（CN110955412A）和框架式架構（CN109271147A）等。

其中，一機多屏架構和人機工程架構的相關專利數量較多，是企業進行差異化競爭的關鍵所在。下面結合代表專利詳細剖析一機多屏架構和人機工程架構的技術特點。

3.1.1 一機多屏架構

隨著座艙的智能化程度逐漸深入，車載顯示屏的數量、配置位置以及交互方式有很大的改進。專利CN113022305A公開了一種汽車3屏智能座艙主機系統。

在硬件層面，包括依次并排設置在汽車儀表臺上的全貼合儀表顯示屏（1）、全貼合中控觸摸屏（2）和全貼合副駕觸摸屏（3），3個屏幕通過連接線束（4）連接到智能座艙主機（5）。

在軟件層面，智能座艙主機（5）設有儀表接插件、中控接插件和副駕接插件，儀表接插件與全貼合儀表顯示屏（1）進行交互，中控接插件與全貼合中控觸摸屏（2）進行交互，副駕接插件與全貼合副駕觸摸屏（3）進行交互，從而通過插件之間的通訊，實現3個屏幕的交互。

專利CN212353623U還提出了安裝在駕駛員座艙頂部及風擋玻璃的3D AR HUD顯示裝置，通過CAN總線以及HDMI總線與車載主機進行通訊連接，還通過LVDS總線與液晶儀表顯示屏進行通訊連接。該3D AR HUD顯示裝置主要包括安裝在座艙頂部的3D投影裝置以及安裝在座艙風擋玻璃上的透明3D顯示屏。通過光學成像技術，可以在3D顯示屏上實時顯示當前相關的車輛信息、路況信息等。

目前成熟的智能座艙一般搭載的是固定的液晶屏幕，專利CN109334568A提出了1種翻轉屏結構，顯示系統包括對稱的主顯示設備和副顯示設備，主顯示設備用于顯示汽車的儀表信息，副顯示設備用于顯示儀表信息或娛樂信息，翻轉控制器通過CAN總線控制兩翻轉驅動電機同步驅動，從而使主、副顯示設備同步翻轉，便于向其他成員展示屏幕內容。

目前，市面上的智能座艙中多個顯示屏的功能一般是分離的，現有專利開始關注屏幕之間的交互，以期給乘員帶來更舒適、智能化的體驗。專利CN111240626A提出了1種雙屏互動方法，采用1個處理器，在Hypervisor虛擬化技術上實現在雙系統2個屏上，不需要額外的硬件物理連接方式，同時開啟獨立應用顯示圖像信息的功能，并實現雙屏交互方式，降低智能座艙操作系統的硬件成本。專利CN111114320A提出了1種車載智能座艙共享顯示方法，中控端將要輸出的圖像繪制到虛擬顯示屏上；將所述圖像依次通過顯示中間層和內核驅動層后將圖像數據寫入預設的共享內存區域中，從而通過芯片內部內存共享完成多設備間的信息交互，僅需1個物理主機實現多個設備功能，產品更加靈活、安全、穩定、可靠。設備主機單一，使得車身線束成倍遞減，研發、制造，包裝、運輸、各環節的縮減使產品成本上得到較大的降低，產品整機單價優勢更明顯。

3.1.2 人機工程架構

廣義而言，人機工程研究的核心問題是不同的作業中人、機器及環境3者間的協調。在智能座艙領域，同樣也需要檢測行駛環境，駕駛員狀態，基于智能座艙的功能提供解決方案。基于此，將傳感器、主機以及踏板、座椅、門窗等零部件綜合構成的系統稱為人機工程架構。通過對設計到人機工程架構的專利進行分析發現，人機工程架構的主要關注點包括：根據駕駛員位置調節車內座椅、外后視鏡和內后視鏡，根據駕駛員行為調節車機系統，根據駕駛員健康情況調整車內環境，例如溫度、濕度和音量等。下面給出2篇代表專利。

專利CN112918337A提出了1種識別眼部位置的智能座艙調節系統，包括人體特征識別攝像頭：安裝于車輛外部，用于采集駕駛員全身圖像；DMS攝像頭：安裝于車輛內部，用于采集駕駛員的人臉圖像；圖像處理模塊：用于對駕駛員全身圖像和人臉圖像進行識別，輸出駕駛員的人體結構模型數據和眼球位置數據；存儲模塊：用于存儲人體特征識別攝像頭和DMS攝像頭采集的數據以及預先設置的人機工程模型數據；系統控制器：用于將駕駛員的人體結構模型數據和眼球位置數據分別輸入人機工程模型，得到座椅控制指令、后視鏡調節指令，并分別控制座椅和外后視鏡、內后視鏡根據指令自動調節。該專利確保駕駛員在駕駛過程中始終處于人機工程最優且視野最佳的位置。

專利CN111816199A提出了1種汽車智能座艙的環境音控制方法，通過智能座艙的麥克風陣列，采集車外環境音；通過模型判斷所述娛樂節目音量是否遮蔽了所述外部環境音，若是則自動調小音量；當車內播放的娛樂節目，并不適合調小音量，則增強外部環境音，并通過車內音響進行播放。該專利通過對車內外的環境音進行算法設計，能夠兼顧娛樂和安全，它加強了前后座之間的溝通安全性和有效性，具有很高的應用價值。

3.2 系統測試相關專利分析

系統測試及代表專利包括：智能座艙測試臺架（CN113049272A）、遠程通信自調試（CN113220516A）、集成化測試（CN112269080A）、觸控屏測試（CN112882928A）、現場錄制測試（CN112925712A）和云端測試（CN112380140A）等。

觸控屏是座艙與用戶之間交互的重要環節，觸控屏出現問題后會極大地影響用戶體驗，甚至引發交通事故?；诖耍竟澲攸c分析觸控屏測試方面的代表專利。

專利CN112882928A提出了1種汽車智能座艙觸控屏幕自動化測試方法，包括：獲取待測屏幕顯示畫面圖像；建立虛擬坐標系；確定待測屏幕顯示畫面圖像在虛擬坐標系下的屏幕基準位置；建立測試設備觸控點與虛擬坐標系的聯系；確定測試設備觸控點在虛擬坐標系中的測試基準點；在虛擬坐標系中進行測試腳本開發；在世界坐標系中執行測試命令。該專利通過建立虛擬坐標系實現待測屏幕與測試設備的空間關聯，可以便捷的進行智能座艙觸控屏幕開發測試，提升屏幕測試效率與準確性。

3.3 系統功能相關專利分析

系統功能主要包括人機交互和各企業視需求而研發的個性化功能。人機交互功能及代表專利包括：多模態（CN113306491A）、零部件復用（CN113101672A）、人機交互模式與車輛行駛狀態結合（CN111674335A）以及主副屏分離（CN110356334A）等。目前，車載人機交互系統與沉浸式體驗就已經成為汽車行業的關注焦點，多模態交互方式包括語音、觸摸、手勢、視覺、表情等。

智能座艙系統的個性化功能及代表專利包括：手機車內定位（CN112258752A）、與智能穿戴設備交互（CN111591250A）以及游戲（CN113101672A）等。這些個性化功能與人們的生活和娛樂緊密相關，解決了車內用戶的需求痛點，將作為智能汽車的特色賣點。

專利CN112258752A提出了1種基于智能座艙藍牙的防手機遺忘車內報警方法，獲取信息娛樂系統和手機之間的第1相對角度信息；獲取BCM系統和手機之間的第2相對角度信息；獲取ADAS系統和手機之間的第3相對角度信息；根據第一相對角度信息、第二相對角度信息和第3相對角度信息，判斷手機是否在車輛的車艙空間范圍內。其優點是：利用車內現有的藍牙模塊，無論用戶將手機放置在車內任何地方，均能實現手機在車內的定位。駕乘人員鎖車時，如定位到手機在車內，則信息娛樂系統發出提示音，提示駕乘人員手機遺忘汽車內。

3.4 系統安全性相關專利分析

系統安全是永不過時的1個話題，隨著網聯化的加劇與自動駕駛設備的使用率逐漸提高，智能座艙內部的信息安全和駕駛安全受到了嚴重的挑戰。眾多車企、零部件企業和互聯網公司也在系統安全性方面布局多件專利。

其中，信息安全及代表專利包括：通信/登錄安全保護（CN113162921A）。駕駛安全及代表專利包括：駕駛員安全檢測（CN112998675A）、中控報警（CN112381100A）、疲勞應對（CN111391858A）和主動安全（CN110696768A）等。

專利CN112998675A提出了1種基于大數據的車載智能座艙安全駕駛系統，通過安裝在方向盤的人體信息采集傳感器對駕駛員信息進行采集，無需駕駛員額外佩戴健康手環等傳統的穿戴檢測設備，駕駛員只需進入駕駛艙內，正常駕駛車輛，手握方向盤即可把駕駛員的身體狀況實時穩定的傳輸到中控臺并顯示，非常方便靈活；人體信息采集傳感器可以采集駕駛員的血壓，血脂，心率，血氧等信息實時了解駕駛員的健康狀況，并傳輸到中控臺，提供參考，必要時提供語音告警，數據傳輸穩定及時。

專利CN111391858A提出了1種智能座艙系統控制方法，實時獲取駕駛員面部信息和姿勢信息，當駕駛狀態為極度疲勞狀態時，開啟導航系統引導駕駛員到最近的安全?？奎c休息，并且開啟環境調節裝置且將其設定為提神模式；當駕駛狀態為輕度疲勞狀態時，開啟環境調節裝置且將其設定為提神模式。該專利通過對疲勞及停車休息時的動態調整駕艙的舒適性和睡眠模式，快速營造1個智能氛圍舒適性的座艙，改善用戶車生活的品質以及間接的安全考慮。

4 智能座艙系統的技術發展展望

我國在智能座艙系統的整體架構、系統測試、系統功能和系統安全性方向都有布局專利，體現了智能座艙系統全面發展的趨勢，但是仍然存在一些薄弱環節。

（1）在信息安全方面，僅著眼于用戶身份的核實，但對于用戶的喜好、地址、路線等隱私數據并未提出相應的保密措施。隨著國家對信息安全的愈加重視，如何保證網聯互通的前提下對用戶隱私數據進行較好的保護，是智能座艙需要研發的重點。

（2）在個性化功能方面的專利數量較少，大部分專利還是布局在與駕駛場景相關的功能上，例如導航、監測駕駛員狀態。建議完善社會調研，擴展研發人員思路，在智能座艙中融入生活場景下所需的功能，比如有物品遺落在車內時，如何通過智能座艙查找；如何通過智能座艙與家庭設備交互，從而提高企業的核心競爭力。

（3）經過專利檢索和分析可知，企業越來越追求沉浸式體驗，在一機多屏架構、與行駛狀態結合方面布局了大量的專利；而過度地沉浸對駕駛安全是不利的。如何在保證一定體驗前提下維持駕駛員的警惕性，是目前專利布局和研發的空白。

（4）各企業在系統測試方面的專利數量較少，現有的測試大多是為了滿足法規要求，測試目的和方法都比較明確。但是，隨著智能座艙系統的競爭逐漸激烈，應著重從用戶需求角度出發構建測試環境，測試結果用于指導系統的更新或升級，以滿足用戶的使用需求。