專利視域的智能網(wǎng)聯(lián)汽車分析與研究
——以江蘇省智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)為例

謝繼鵬,方 煜,華國棟

(1.南京理工大學(xué)紫金學(xué)院,江蘇 南京 210023;2.江蘇智行未來汽車研究院,江蘇 南京 211111)

0 引言

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(Intelligent Connected Vehicle, ICV)是指搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置,并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)車與X(車、路、人、云端等)智能信息交換、共享,具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能,可實(shí)現(xiàn)安全、高效、舒適、節(jié)能行駛,最終可替代人工駕駛操作的新一代汽車[1]。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車已成為中國及歐美日等國家和地區(qū)的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一,是《中國制造2025》的重點(diǎn)支持產(chǎn)業(yè)[2]。為保證自動駕駛車輛在道路上的穩(wěn)定性、安全性和可靠性,測試與評價(jià)體系的建設(shè)顯得至關(guān)重要。2018—2022年,中國相繼發(fā)布了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試與示范應(yīng)用管理規(guī)范》等政策文件,對智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試的管理要求和程序進(jìn)行了規(guī)范。在測試和評價(jià)環(huán)節(jié)開展技術(shù)分析與研究,可以進(jìn)一步優(yōu)化測試和評價(jià)資源的有效配置,加快實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的突破,推動我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

1 研究背景

對智能網(wǎng)聯(lián)汽車開展全方位的測試評價(jià)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全上路與產(chǎn)業(yè)落地的重要保障。智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)包括自動駕駛功能測試、虛擬仿真測試、網(wǎng)聯(lián)測試、大規(guī)模并發(fā)測試和互聯(lián)互通測試等。其中,自動駕駛功能測試是依托自動駕駛測試管理平臺實(shí)現(xiàn)對自動駕駛車輛行為的實(shí)時(shí)監(jiān)測,完成車輛測試數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸出;虛擬仿真測試通過計(jì)算機(jī)模擬各種測試場景;網(wǎng)聯(lián)測試是根據(jù)車用通信標(biāo)準(zhǔn)中的接口協(xié)議在實(shí)際道路場景中開展車路協(xié)同功能的測試;大規(guī)模并發(fā)測試是通過部署大量車載和路側(cè)終端,依托高性能計(jì)算平臺和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),模擬現(xiàn)實(shí)場景下的交通流,對車輛網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行評估和驗(yàn)證。

除了智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試,還需要對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的人機(jī)交互和可靠性進(jìn)行評價(jià),具體內(nèi)容包括用戶體驗(yàn)評價(jià)、可靠性評價(jià)、安全性評價(jià)等。其中,用戶體驗(yàn)評價(jià)是指用戶使用智能網(wǎng)聯(lián)汽車,對便利性、舒適性感受等多方面的評價(jià);可靠性評價(jià)是指對智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)在各種工作條件下可靠性的評價(jià);安全性評價(jià)是指對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作安全性、道路安全性等多方面進(jìn)行評價(jià)。

國內(nèi)學(xué)者對智能網(wǎng)聯(lián)汽車在封閉式測試場、公開道路測試、智能車子系統(tǒng)測試場景等進(jìn)行研究,并建立相應(yīng)的評價(jià)體系和評價(jià)方法[3-5],不斷完善和提高測試評價(jià)技術(shù),以確保智能網(wǎng)聯(lián)汽車的安全性和可靠性。

專利分析是一種有效的研究方法,可以通過對相關(guān)專利文獻(xiàn)的系統(tǒng)分析,揭示技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)、技術(shù)方向以及創(chuàng)新動態(tài)。如王健美等[6]和董文波[7]從全球ICV專利的角度,對技術(shù)研發(fā)趨勢、競爭區(qū)域、主體和價(jià)值等方面進(jìn)行了計(jì)量分析;戚湧等[8]基于專利數(shù)據(jù)識別智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)主題,通過LDA模型識別出8個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。從智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵核心技術(shù)專利分析角度來看,張瑩等[9]對車聯(lián)網(wǎng)信息安全技術(shù)、王軍雷等[10]對智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策技術(shù)等的發(fā)展趨勢、重要申請人、各技術(shù)分支分布情況進(jìn)行了分析。

基于專利分析的智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)技術(shù)研究,可以全面了解該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和專利布局情況,識別技術(shù)熱點(diǎn)和趨勢,從而為技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定和政策支持提供重要參考。

2 數(shù)據(jù)來源與分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用智慧芽專利分析系統(tǒng),檢索智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)技術(shù)下級分支技術(shù),主要包括測試裝備、仿真、評價(jià)方法、試驗(yàn)方法等技術(shù)的專利。檢索采用關(guān)鍵詞和主要字段相結(jié)合的方式,采用MAINF:() AND TAC:()的檢索式,其中,關(guān)鍵詞涵蓋自動駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)、測試裝備、試驗(yàn)方法、并發(fā)測試、V2X測試、評價(jià)方法等。為確保準(zhǔn)確性,剔除了無關(guān)關(guān)鍵詞(如軌道車、無人機(jī)領(lǐng)域)。由于本文重點(diǎn)研究江蘇省區(qū)域,因此在檢索式中加入了搜索字段AN_PROVINCE:(江蘇)對檢索區(qū)域進(jìn)行限制;而檢索時(shí)間限定在2012年1月1日—2022年12月31日,共檢索出4 593條江蘇省智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)領(lǐng)域的專利。

2.2 分析方法

在梳理智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)的概念和基本現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、詞云分析等方法,提取和統(tǒng)計(jì)專利申請量、專利申請人、區(qū)域分布、重要領(lǐng)域分析和技術(shù)流向分析5個(gè)方面分析對象目前所處的發(fā)展趨勢,為江蘇省制定相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策提供參考。

3 智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)技術(shù)專利分析

3.1 專利申請趨勢

江蘇省在智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的專利申請趨勢與全國發(fā)展趨勢相似,如圖1所示。2000—2011年,該領(lǐng)域?qū)＠暾埩繋缀鯙榱?仍處于探索階段;2012—2015年,進(jìn)入緩慢發(fā)展階段,每年有少量專利進(jìn)行申請,并逐年增加;2016—2022年,江蘇省的專利申請數(shù)量顯著加速增長,從115項(xiàng)增加到1 140項(xiàng),增長速度明顯加快,尤其是2017—2019年申請數(shù)量大幅增長。根據(jù)專利申請數(shù)量的增長趨勢,可以預(yù)見江蘇省在智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的研究和開發(fā)活動將持續(xù)增加。

圖1 江蘇省及全國專利申請趨勢

3.2 申請區(qū)域分析

北京、廣東和江蘇是全國智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的主要專利申請地區(qū),專利申請數(shù)量分別為9 206項(xiàng)、7 696項(xiàng)和4 593項(xiàng),3個(gè)地區(qū)的專利申請數(shù)量占比超過52%(見圖2)。尤其是江蘇省,在該領(lǐng)域?qū)＠暾埩砍^了傳統(tǒng)汽車研發(fā)大省上海市,表明江蘇省在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力正在不斷提升。盡管江蘇省在該領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量遠(yuǎn)高于全國平均水平,但仍落后于北京、廣東,只占全國總量的11%左右。

圖2 全國各省市申請數(shù)量與排名情況

南京和蘇州是江蘇省在智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的主要創(chuàng)新中心,兩地的專利申請數(shù)量占總數(shù)的70.7%(見圖3)。此外,無錫、鎮(zhèn)江和常州等地也在該領(lǐng)域有較多的專利申請,表明江蘇省多個(gè)地市在這一領(lǐng)域非常活躍,與國家和江蘇省智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)政策在各地市布局基本一致。值得注意的是,無錫市是國家級車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)之一,通過近幾年的建設(shè),無錫已成為全國首個(gè)全域測試、示范城市,但無錫在該領(lǐng)域的專利申請數(shù)量相對較低,僅占江蘇省總數(shù)的7.05%。

圖3 江蘇省各地市專利申請數(shù)量與排名情況

3.3 專利申請主體分析

根據(jù)智慧芽檢索出的數(shù)據(jù),江蘇省在智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域中,企業(yè)和院校/研究機(jī)構(gòu)是專利申請數(shù)量最多的類型,分別有2 417和2 099項(xiàng)。由表1篩選出Top50的企業(yè)和高校/研究機(jī)構(gòu)等專利競爭主體分析可看出,“雙一流”高校有1 449項(xiàng)專利,遠(yuǎn)超其他專利申請人,占比44.2%;企業(yè)次之,其中民企或高新技術(shù)企業(yè)表現(xiàn)突出。

表1 江蘇省內(nèi)企業(yè)、高校和研究機(jī)構(gòu)專利申請數(shù)量對比

智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的發(fā)展勢頭迅猛,各大院校和研究所也積極參與其中,且在該領(lǐng)域中的表現(xiàn)備受關(guān)注。東南大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、江蘇大學(xué)、南京理工大學(xué)、南京郵電大學(xué)是江蘇省汽車測試與評價(jià)領(lǐng)域具有重要影響力的院校/研究機(jī)構(gòu)類申請人,占該類型申請人的76.8%,大部分是“雙一流”院校或該領(lǐng)域優(yōu)勢學(xué)科院校(見圖4)。同時(shí)值得注意的是南京航空航天大學(xué)的失效專利比例稍偏高,達(dá)到18.5%,該校可能在專利保護(hù)方面存在一定的問題或挑戰(zhàn),例如專利的可靠性和有效性不夠高、專利維護(hù)欠缺等問題,可能需要進(jìn)一步加強(qiáng)該領(lǐng)域的專利保護(hù)、布局、維護(hù)和轉(zhuǎn)讓等工作。

圖4 江蘇省主要高校專利申請人及專利狀態(tài)

結(jié)合地市申請數(shù)量,南京地區(qū)在該領(lǐng)域的專利數(shù)量領(lǐng)先于其他地市,主要?dú)w因于南京擁有相對較多的高層次高校/科研機(jī)構(gòu)和高新技術(shù)型企業(yè);相比之下,蘇州以高新技術(shù)型企業(yè)為主導(dǎo)力量,而鎮(zhèn)江則以高校為主導(dǎo)力量。

江蘇省智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)領(lǐng)域的企業(yè)申請人持有的專利數(shù)量不像高校/科研機(jī)構(gòu)那樣集中在幾家單位中,而是廣泛分散在諸多企業(yè)中;其中,領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量超過50件以上的企業(yè)是的盧技術(shù)、蘇州智加、中汽創(chuàng)智、蘇州浪潮、蘇州摯途5家企業(yè)(見圖5),他們申請的專利數(shù)量占企業(yè)類型的16.7%,也說明這些企業(yè)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域中具有重要影響力。

從專利狀態(tài)來看,蘇州智加是申請專利最多的企業(yè),共有80項(xiàng)有效專利權(quán),占85.1%,其專利法律狀態(tài)相對較穩(wěn)定。的盧技術(shù)共有95件專利,其中在審專利占50.5%;同時(shí)中汽創(chuàng)智共有94件專利,在審專利占81.9%,在審專利的數(shù)量反映企業(yè)的創(chuàng)新能力和研發(fā)實(shí)力,如專利獲得授權(quán),將有助于進(jìn)一步提高企業(yè)未來的核心競爭力和鞏固其市場地位。初速度(蘇州)授權(quán)專利占總專利76.9%,在審專利數(shù)量僅有1件,說明專利目前穩(wěn)定性較高,但在該領(lǐng)域?qū)＠季植蛔?后期可能會影響到該公司的專利戰(zhàn)略和競爭優(yōu)勢。

江蘇省汽車測試與評價(jià)領(lǐng)域的企業(yè)競爭力較強(qiáng),但由表2可見,與國內(nèi)該領(lǐng)域的頭部企業(yè)以及外企在國內(nèi)專利布局相比還有較大的差距,江蘇省企業(yè)在科研投入和專利布局上還要進(jìn)一步加強(qiáng)。

表2 國內(nèi)外及江蘇省重要企業(yè)專利申請人對比分析

3.4 重要領(lǐng)域分析

從圖6的技術(shù)主題分類關(guān)鍵詞云圖可見,江蘇省智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)主要圍繞自動駕駛測試方面展開,其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)有5大類:(1)數(shù)據(jù)處理與分析類,包括數(shù)據(jù)集、成像數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)采集、目標(biāo)檢測、特征提取等;(2)控制算法與系統(tǒng)類,包括網(wǎng)絡(luò)模型、深度學(xué)習(xí)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法、自適應(yīng)控制、車輛控制、轉(zhuǎn)向控制、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、控制單元等;(3)傳感器與設(shè)備類,包括雷達(dá)(激光雷達(dá)、波雷達(dá)、毫米波)、視覺、電子設(shè)備、基站等;(4)安全性類,包括行車安全、障礙避免、路徑追蹤、駕駛員監(jiān)控等;(5)模擬仿真類,包括模擬測試、測試場景、仿真測試、模式模擬等。

圖6 技術(shù)主題分類關(guān)鍵詞云圖

根據(jù)圖7所示的IPC分類號和專利申請數(shù)量可以總結(jié)出,江蘇省智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾方面。

3.4.1 基于生物學(xué)模型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(G06N3)

該類技術(shù)主要用于研究人工智能與生物系統(tǒng)的結(jié)合,如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),以實(shí)現(xiàn)更加智能化的自動駕駛和交通管理。

3.4.2 圖像或視頻識別或分析(G06K9,G06V10, G06T7)

包括圖像增強(qiáng)、復(fù)原、場景元素識別、特征提取、目標(biāo)分類、圖像匹配和識別等。這些技術(shù)可用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的環(huán)境感知、目標(biāo)識別和行為預(yù)測。

3.4.3 自動駕駛控制(G05D1, B60W30, B60W50, B60W40, B60W60)

該類技術(shù)主要涉及自動駕駛儀、駕駛控制系統(tǒng)、位置、航道、高度或姿態(tài)的控制等。通過使用傳感器數(shù)據(jù)、地圖信息和控制算法等技術(shù),實(shí)現(xiàn)車輛的自動駕駛和駕駛參數(shù)判斷與計(jì)算。

3.4.4 車聯(lián)網(wǎng)V2X及測試場景(G08G1,G01M17, G06V20)

該類技術(shù)主要用于在各種與道路和車輛交通控制相關(guān)復(fù)雜場景下對車輛網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行測試與驗(yàn)證,這些技術(shù)可以提高道路交通的安全性和效率以及車聯(lián)網(wǎng)的智能化。

3.4.5 傳感器數(shù)據(jù)處理(G06F17, G01S17,G01C21)

該技術(shù)主要涉及傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理和分析,包括雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)、慣性測量單元等多種類型的傳感器。通過使用這些傳感器的數(shù)據(jù),可以實(shí)現(xiàn)車輛的精確定位、環(huán)境感知和障礙物檢測等功能。

3.4.6 車輛通信(H04W4, G01S19)

該類技術(shù)主要涉及車輛間通信和與基礎(chǔ)設(shè)施的通信,以實(shí)現(xiàn)車輛之間的協(xié)同、實(shí)時(shí)信息交換和數(shù)據(jù)共享等功能。這些技術(shù)可用于交通流優(yōu)化和交通安全等方面。

3.5 技術(shù)流向

江蘇省的汽車測試與評價(jià)專利技術(shù)合作主要涉及東南大學(xué)、江蘇大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、南京理工大學(xué)等高校,以及中汽創(chuàng)智和蘇州智加等企業(yè)。江蘇的高校內(nèi)部合作與技術(shù)交流較多,此外,相關(guān)技術(shù)也被吉林大學(xué)、清華大學(xué)以及百度在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(北京)有限公司等頻繁引用,體現(xiàn)這些機(jī)構(gòu)/企業(yè)在汽車測試與評價(jià)領(lǐng)域展示了較強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力和技術(shù)創(chuàng)新能力(見圖8)。

圖8 江蘇省測試與評價(jià)專利技術(shù)流向

4 結(jié)語

江蘇省智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試與評價(jià)領(lǐng)域目前處于上升期,隨著自動駕駛技術(shù)由車輛智能化向網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)一步發(fā)展,江蘇省在該領(lǐng)域仍將保持良好的發(fā)展趨勢。

從地域分布上來看,南京地區(qū)在該領(lǐng)域的專利數(shù)量領(lǐng)先于其他地市,主要?dú)w因于南京擁有相對較多的高層次高校/科研機(jī)構(gòu)和高新技術(shù)型企業(yè);相比之下,蘇州以企業(yè)為主導(dǎo)力量,而鎮(zhèn)江則以高校為主導(dǎo)力量;雖然無錫是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的先導(dǎo)區(qū),但其相關(guān)企業(yè)的專利布局與維護(hù)還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

在該領(lǐng)域內(nèi)的傳統(tǒng)學(xué)術(shù)和研究機(jī)構(gòu)仍然是這些領(lǐng)域?qū)＠暾埲说闹饕獊碓?還持續(xù)保持著在該領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢,同時(shí),江蘇智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的高新技術(shù)型企業(yè)也表現(xiàn)出了較強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新能力;但不管是江蘇省的高校還是企業(yè),與國內(nèi)頭部高校和企業(yè)相比,在專利申請量上仍存在較大差距。

從專利政策層面考慮,可以設(shè)置產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、專利聯(lián)盟等組織,協(xié)助企業(yè)進(jìn)行專利布局、維護(hù)和優(yōu)先申請審查等環(huán)節(jié)工作以鞏固其專利穩(wěn)定性和持續(xù)性,設(shè)置關(guān)鍵技術(shù)地方標(biāo)準(zhǔn)委員會編制江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)一步推動建設(shè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)強(qiáng)省。