基于专利计量的智能汽车技术竞争态势研究

董文波

（湖北汽车工业学院 知识产权研究所，湖北 十堰 442002）

新一轮产业变革和科技革命兴起，全面重塑了汽车的功能、架构、价值和格局，智能汽车已成为全球汽车产业发展的战略方向。各国竞相角逐智能汽车技术领域，各车企持续加快推进智能汽车产业化进程。据波士顿咨询公司预计，智能网联汽车（intelligent and connected vehicle,ICV）到2035 年将占全球25%左右的新车市场［1］。中国陆续发布《智能汽车创新发展战略》《智能汽车技术路线图2.0》《关于促进道路交通自动驾驶技术发展和应用的指导意见》等多项规划、政策，目标直指建设智能汽车强国。专利是创新活动成果的重要指标，文中利用专利检索平台和工具，梳理了国际智能汽车行业专利技术研发动态，分析了智能汽车专利技术的发展趋势，为中国智能汽车发展提供借鉴和参考。

1 数据来源及方法

数据来源于Himmpat 全球专利智能检索分析平台，该平台每周至少更新全球专利数据2 次，检索指令与规则兼容国家知识产权局和欧洲专利局审查员日常使用检索指令与规则，能检索到全球105 个国家/地区超过1.4 亿件专利数据，其中包括26 个国家/地区专利全文数据和54 个国家/地区专利法律状态数据。

对智能汽车进行技术分解，涉及车辆、信息交互和基础支撑技术，包含环境智能感知、智能决策规划、实时控制执行、车联网通信技术、云控基础平台、技术设施、动态高精度地图与定位导航、人机交互等9类子技术［2］。基于智能汽车技术架构，排除数据、平台、设施等共性通用技术，仅对环境智能感知、智能决策规划、实时控制执行、车联网通信技术、动态高精度地图与定位导航、人机交互等6 类智能汽车关键技术专利进行检索。检索方式采用“国际专利分类号”+“技术关键词”和“德温特手工代码”进行组合检索。关键词包括智能汽车、智能驾驶系统、车联网、无人驾驶、驾驶辅助、自适应巡航、自动驾驶、车辆环境感知、多源传感信息融合感知、汽车状态识别、车道保持、主动制动、车辆稳定控制、车辆智能决策、车辆路径规划、汽车底盘线控、多传感器融合技术、车载传感器、车载控制器、车载执行器、车规级芯片、车用CAN 通信技术、车载智能终端、车路协同、车路交互、车车交互、人机界面，人机控制转换、车辆语音控制、车辆手势识别等技术关键词及相应扩展技术关键词。同时排除非车辆类等关键词和分类号，经检索得到66 343条专利信息，检索日期为2022 年1 月20 日。鉴于专利从申请到公开有一定时差，检索数据不能反映真实状况，因此2021年数据仅作参考。

在梳理智能汽车的概念与内涵、产业链的基础上，采用数据挖掘、信息检索以及文献计量等方法，利用Himmpat平台、Insights专利分析系统、Innography专利分析工具、Excel等，按专利申请时间、技术分类、简单同族、扩展同族、优先权、PCT、关联案件、引文、简单同族引文、扩展同族引文、施引专利、简单同族施引专利、扩展同族施引专利等多个重要维度进行扩展检索，统计分析智能汽车的专利技术研发趋势、发展阶段、竞争领域、竞争主体及专利技术价值［3］。在此基础上，总结我国智能汽车技术发展现状，探索智能汽车技术研发和专利布局策略。

2 智能汽车技术专利竞争态势

2020年2月国家发展改革委等11部委联合印发的《智能汽车创新发展战略》中将智能汽车定义为“通过搭载先进传感器等装置，运用人工智能等新技术，具有自动驾驶功能，逐步成为智能移动空间和应用终端的新一代汽车”［4］，又称智能网联汽车。智能汽车功能实现主要依赖于环境感知技术、智能决策技术、控制执行技术、V2X通信技术、云平台与大数据技术、信息安全技术、高精度地图与高精度定位技术等关键技术［5］。

2.1 专利技术研发趋势

1）专利申请趋势 全球智能汽车专利申请趋势如图1所示：1971年智能汽车技术专利申请量为9 件，之后的20 年内每年专利申请量维持在2 位数，该阶段主要是欧美国家政府科研部门和高校研究人员开展框架式探索性研发；1991—2010 年美日欧等国家纷纷制定“智能交通系统（ITS）”规划和标准，在该项目支持下各研究机构纷纷涉足汽车自动驾驶技术研发，由于处于技术发展导入期，因此专利申请增长相对缓慢；2011—2014 年经过技术积累和沉淀，行业关键技术趋于成熟，专利申请快速增长；从2015 年开始各国“智能交通”逐渐形成规模应用和产业，在政策与资本加持下大量车企纷纷开展技术研发并进行智能汽车技术的推广应用，专利申请呈现高速增长态势，年均递增1000 件以上，2019年达到顶峰，为9323件。2015—2020年年均复合增长率达到25.8%。

图1 全球智能汽车专利申请趋势

2）专利技术领域 全球智能汽车专利主要IPC 分布如表1 所示，根据IPC 分类及大组技术领域排名，专利集中分布在B 部（作业、运输）、G 部（物理）和H部（电学），其中B部专利数量占到智能汽车专利检索总量的29.0%；G 部专利数量占到智能汽车专利检索总量的24.6%；H 部专利数量占到智能汽车专利检索总量的6.0%。从表1 所检索的智能汽车专利IPC 大组专利申请数量来看，G08G01 存量最多达到11 349 件，排名第2 位的是B60W30，申请量为7576件，G01C21以5179件专利排名第3 位。表明G08G01、B60W30、G01C21 一直是智能汽车技术的研究热点，各研究组织和机构在关键核心技术方面已取得实质性创新。H04W04是近年最突出的研究热点领域，2015 年前专利申请量较少，2015 年后随着4G 和5G 技术的成熟，V2X通信技术取得突破性进展并进入应用阶段，因此车载通信技术方面的专利呈高速增长态势。

表1 全球智能汽车专利主要IPC分布

2.2 专利技术竞争状况

从全球各个国家智能汽车专利申请数量来看，截至2021年底，国家申请数量排名前5位的为中国24 222 件、日本12 650 件、美国9838 件、德国4589件和韩国1589件，5个国家的专利总数全球占比达96.1%，表明智能汽车网联技术创新高度集中、地域竞争高度集中。

1）专利申请状况与趋势 中国在1985 年申请2 件发明专利，发展较为缓慢，2004 年达到120件，2015年突破1000件，2015—2020年呈现高速增长态势，专利申请年均增长率达39.0%，增长率远超过其他国家。中国2000—2021年智能汽车专利申请趋势如图2所示。

图2 中国2000—2021年智能汽车专利申请趋势

主要国家专利申请情况如图3～4所示，中国累计申请专利24 222 件，全球占有率为36.5%，在数量上具有领先优势。日本专利申请累计12 190件，全球占有率为18.4%，数量仅次于中国，位列第2位；日本在2012年以前一直位居榜首，在2012年后被中国、美国赶超，此后一直排在第3位，但在2019年后又超越美国，可见日本在经历短暂的休整期后又发挥出技术积累深厚的优势，技术创新的功底和动能充足。美国以9873 件的专利数量位列第3位。2014年美国升级ITS战略，将单纯的车辆网联化升级为汽车网联化与自动控制智能化双重发展战略，呈现快速发展趋势。韩国的专利申请量为4245件，全球占有率为6.4%，位列第4位。德国专利申请数量为3906件，全球占有率为5.9%，位列第5位。图4显示，近10年来美国和日本在智能网联汽车技术开发领域一直不相上下，竞争态势明显。韩国和德国近年来专利申请量相对较少，同排名前3 位的国家相比，技术竞争动力和态势略显不足。综上分析，近10 年是全球主要国家智能汽车技术竞相角逐的重要时期，部分国家发展迅猛并后来居上，打破了保持数十年的竞争次序，但要保持全球领先地位和优势，还需要持续投入、不断创新。

图3 主要国家专利申请占比

图4 主要国家专利申请趋势

2）专利技术领域 全球主要国家智能汽车主要IPC 技术领域分布如表2 所示，各国家在智能汽车主要技术领域均有布局，专利最多、竞争激烈的研发技术集中在G08G01、G01C21、B60W30，其次是B60W50、G05D01，专利申请量都在2000 件以上。排名前10位的IPC大组中，除G05D01、B60R31外，中国在其他8 个技术领域专利数量都位居第1位。日本在G08G01、B60W30、G01C21、B60W50、B60R16、B60R31 以及B60W40 等领域具有明显的竞争优势。美国在B60W30、G05D01以及B60W60等5 个领域具有很强的技术优势。德国和韩国比较，专利数量相近，有4个领域专利数量高于韩国，韩国有6个领域专利数量超过德国。

表2 主要国家智能汽车专利技术领域分布

3）专利技术布局 主要竞争国家专利海外布局情况如表3所示，中、日、韩的专利申请主要集中在本国，德国和美国的海外专利布局意识明显强于中、日、韩。德国专利总量比其他国家少，但是其在海外进行专利布局的数量占比是5 个国家中占比最高的，其国际专利布局占专利申请总量的41.4%，美国和日本是其主要的海外专利申请国。中国专利在海外布局的比例仅为11.3%。

表3 主要竞争国家专利布局情况

2.3 专利技术竞争主体

1）主要国家车企专利情况 全球主要国家智能网联汽车企业专利申请数量如表4所示，排名前20位专利权人既有传统车企、汽车零部件企业，也有科技型互联网新势力，企业仍然是智能汽车技术研发和应用的先锋。日本、韩国、美国、中国、德国等国家在智能汽车技术研发上各有地位，排名前20位专利权人中，传统整车企业占了12席，汽车零部件企业占了6席，互联网企业2席。中国入围的3 家企业是百度、华为和上海汽车，分别排第4 位、第18 位和第20 位。2012—2021 年传统车企积极布局智能汽车领域并开展技术研发，发展迅猛，汽车巨头丰田公司以2501件专利申请排名占据全球榜首。日本电装和本田汽车2 家企业专利申请量分别排第3位和第4位。

表4 主要国家智能汽车企业专利年申请量 件

整体上日本车企近10 年间研发投入较多，共申请专利8454 件，占排名前20 位智能汽车专利申请总量的47.3%。中国与欧美国家明显不同，一是中国企业在智能网联汽车开发方面起步较晚，但呈现出后发优势，二是科技型互联网公司成为智能汽车技术研发的主要力量和生力军。从2015年开始百度、华为、上海汽车逐渐增大专利布局，近年来申请量高速增长，2012—2021 年共申请专利2436 件并分别进入世界智能汽车前20名。百度无人驾驶车项目于2013 年起步，技术核心是“百度汽车大脑”，包括高精度地图、定位、感知、智能决策与控制4大模块，10年累计申请专利1666件，成为中国智能汽车头部企业，显示了其智能汽车的战略投入和技术优势，具有较强的竞争潜力。

2）主要国家车企技术领域分布 全球主要国家智能网联车企专利技术领域分布如表5所示，日本 车 企 在G08G01、G01C21、B60W30、B60W40、B60W50 等领域专利布局较多，具有绝对数量优势。在G08G01 领域，丰田、本田、电装、日产、三菱、松下等日本企业具有明显技术优势；在G05D01领域，丰田、百度、大众实力较强；在B60W30领域，丰田、本田、现代、罗伯特·博世排名靠前；在B60W50 领域，丰田、本田、电装、百度和博士技术布局较多；在B60W40领域，丰田、本田、现代、百度优势明显；在H04W04 领域，华为、LG 电子具有得天独厚的优势，技术储备位列福特之前，成为该领域排名前3 的机构；在B60R31 领域电装、日产、三菱在专利最多；在B60R16 领域，丰田以86 件位列榜首，电装、现代也具有较强的竞争力；在G05D01领域，丰田、百度和大众专利量都超过100件，百度以2件优势位列丰田之前，排名第1位；在B60W60领域，丰田和百度的专利数量超过100 件，优势突出。综合来看，传统车企在汽车硬件、整车控制与系统集成上有突出的优势；汽车零部件企业更关注精密零部件和电子控制的硬件或软件领域，新加入互联网车企在车辆网、定位导航以及车载通信技术方面研发实力居前列。

表5 智能汽车主要专利权人技术领域分布

2.4 专利价值度

为分析专利质量和价值，引用Innography“专利强度”评价指标，包括专利权利要求数量、引用先前技术文献数量、专利被引用次数、专利及专利申请案的家族、专利申请时程、专利年龄和专利诉讼等。专利强度越高表示其价值越大，专利强度在70%～100%为高强度专利，30%～70%为中强度专利，小于30%为低强专利。把在Himmpat中检索的66 343 条专利记录的专利公开号导入Innography分析平台，得到61 167 条专利记录，2 个专利分析工具检索的文献重合率达到92.2%，满足分析要求。主要国家智能汽车专利强度分布如图5所示。低强度专利国际平均水平为76.6%，中国占比最高为87.2%，比国际平均低的国家是美、德、韩，美国为46.3%。中强度专利国际平均水平为21.5%，其中美国为36.7%、德国为25.5%、日本为22.4%、韩国为21.7%，中国仅为13.2%。高强度专利国际平均为3.6%，美国最高为16.4%，韩国为3.8%，德国为3.2%、日本为1.86%，中国为0.6%。

图5 主要国家智能汽车专利强度分布

总体来看，在智能汽车研究领域，美国技术创新和专利价值方面是最高的，其次是韩国、德国、日本。中国专利数量遥遥领先，但大部分价值较低，专利强度平均水平排名靠后，表明中国整体研发能力偏弱，核心技术和基础专利不多，在智能汽车关键核心技术和重大科技创新领域还有待突破。

3 结论

目前从专利存量和专利增量来看，排名前5位的国家分别为中国、日本、美国、德国及韩国。中国、日本、韩国专利主要布局在国内，海外布局数量较少；美国和德国虽然专利总量不占优势，但其国际专利布局数量是最多的，尤其在中国开展布局。

全球智能汽车专利技术主要布局在交通控制系统、复杂环境感知、车道保持与巡航、车载通信网络、人机交流、定位导航、电路或流体管路、制动控制等领域。从数量上看，不同国家在不同技术领域的研发侧重点有所不同，但在巡航控制、车距控制、主动避碰、车道保持，防撞系统，车道控制，周围状况识别，人机交互等领域竞争尤为激烈。

车企依然是智能汽车技术的创新主体。专利数量排名前20位的企业有18席是传统车企，只有2家是科技型互联网企业，均来自中国。日本和美国车企整体技术创新实力较强，其中丰田、本田、电装以及通用等传统车企表现突出。以百度、华为等为代表的互联网、科技领域的多家巨头凭借其软件优势竞相入局，并与传统车企合作创新、融合发展，成为智能汽车技术研发新势力，尤其在车载智能终端、车载通信网络以及高精度时空基准服务等领域专利优势明显。

美国高价值专利国际占比最高，专利技术影响力最大，随后依次是德国、日本、韩国和中国。美国和德国尽管在专利数量上不占优势，但技术影响力举足轻重；日企一直注重专利布局，技术储备和实力不容小觑；中国技术积累薄弱，虽近年专利申请量增长迅速，质量优势尚未形成，关键核心技术和高价值专利数量较少，专利强度占比最低。