曹賽男　歐芝清

摘 要：本文通過對(duì)汽車電動(dòng)車橋關(guān)鍵技術(shù)的專利申請(qǐng)進(jìn)行多角度統(tǒng)計(jì)分析，包括專利申請(qǐng)趨勢(shì)、專利地區(qū)分布、專利技術(shù)分布、主要專利申請(qǐng)人和重要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分析等，繪制了汽車電動(dòng)車橋技術(shù)功效矩陣，剖析了重點(diǎn)專利技術(shù)和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手技術(shù)研發(fā)情況，為車企明確汽車電動(dòng)車橋?qū)＠趬厩闆r、明晰自身汽車電動(dòng)車橋研發(fā)定位、制定與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手博弈的技術(shù)路線等提供競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)支撐。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)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(dòng)車橋技術(shù)分支

隨著環(huán)境問題日益加劇，電動(dòng)汽車以其環(huán)保、舒適、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)點(diǎn)而越來越受到市場(chǎng)的認(rèn)可，電動(dòng)汽車的關(guān)注也是越來越高，2019年我國電動(dòng)汽車、新能源汽車銷售量已經(jīng)超過了120萬輛，電動(dòng)汽車的車橋是電動(dòng)汽車的最關(guān)鍵部件，它直接影響到車輛的傳動(dòng)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(dòng)橋、電驅(qū)變速箱（EDU）、駐車機(jī)構(gòu)這三個(gè)技術(shù)分支。

2 專利申請(qǐng)數(shù)量變化

通過對(duì)檢索到的全部專利文獻(xiàn)進(jìn)行專利申請(qǐng)數(shù)量比較和技術(shù)構(gòu)成分析，了解汽車電動(dòng)車橋關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，分析該關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)構(gòu)成，評(píng)估技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)和侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。由于專利申請(qǐng)數(shù)量是技術(shù)產(chǎn)出的直接反映，所以將專利申請(qǐng)數(shù)量和專利申請(qǐng)時(shí)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(shì)。

圖1對(duì)截止至2019年12月的電動(dòng)車橋?qū)＠墨I(xiàn)的專利產(chǎn)出情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，其中，電驅(qū)動(dòng)橋、電驅(qū)變速箱（EDU）、駐車機(jī)構(gòu)的專利數(shù)量分別為：484、443、73。

電驅(qū)動(dòng)橋年度申請(qǐng)趨勢(shì)與電動(dòng)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(shì);電驅(qū)變速箱（EDU）在2006年出現(xiàn)了一個(gè)申請(qǐng)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(gè)高峰（32件），然后從2015年開始進(jìn)入爆發(fā)式增長期，2018年申請(qǐng)量為60件;駐車機(jī)構(gòu)分支從2011年之前專利申請(qǐng)很少，之后申請(qǐng)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(qǐng)量。

電驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)分支申請(qǐng)專利數(shù)量排名第一，為484件;電驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(dòng)系末端，增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并分配給左、右驅(qū)動(dòng)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(dòng)橋申請(qǐng)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(qǐng)量排名第二，為443件;電驅(qū)動(dòng)單元（ELECTRIC DRIVING UNIT）為智能電驅(qū)變速箱，能自動(dòng)調(diào)整傳動(dòng)比，切換不同的動(dòng)力模式的變速箱，簡(jiǎn)稱EDU。由于電機(jī)調(diào)速范圍有限，且大范圍的轉(zhuǎn)速變化對(duì)電機(jī)和電池?fù)p傷較大，因此匹配可變速的變速器把電機(jī)轉(zhuǎn)速控制在合理范圍內(nèi)，是電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)，因此電驅(qū)變速箱（EDU）技術(shù)專利申請(qǐng)量占比也達(dá)到了37%。

駐車機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域分支申請(qǐng)量較少，僅有73件專利申請(qǐng)，占比為6%;駐車機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車變速器鎖止的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它可以有效地保證電動(dòng)汽車在原地可靠地停駐，且在任何情況下都不會(huì)自動(dòng)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(jī)械結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，無法直接應(yīng)用于電動(dòng)汽車上，因此亟待開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)定點(diǎn)停車、控制精度高，不存在向前或者向后滑動(dòng)的現(xiàn)象的變速箱駐車機(jī)構(gòu)。該技術(shù)主要涉及到電動(dòng)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(jìn)行技術(shù)研發(fā)。

3 技術(shù)構(gòu)成分析

通過汽車電動(dòng)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(diǎn)，揭示該技術(shù)的技術(shù)構(gòu)成比例。

由圖2可知：在電動(dòng)車橋技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)活躍度最高的為：電動(dòng)力裝置的布置或安裝（B60K1/00），這與電動(dòng)車橋中電機(jī)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(jī)與車橋集成結(jié)構(gòu)、輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的演變，其中涉及到涉及到輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的IPC分支：發(fā)動(dòng)機(jī)布置在或靠近于牽引輪的（B60K7/00）同樣申請(qǐng)有156件，可見輪邊電機(jī)結(jié)構(gòu)為研發(fā)非?；钴S的技術(shù)分支;

排名第二的IPC分支：差速傳動(dòng)的（B60K17/16）主要涉及到電動(dòng)后橋差速器結(jié)構(gòu)，開發(fā)電驅(qū)動(dòng)差速器的目的在于優(yōu)化電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使扭矩分配合理，使效率達(dá)到最高，并實(shí)現(xiàn)輕量化，對(duì)提高電動(dòng)車橋的性能，提高了電動(dòng)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(dòng)裝置的布置、定位或類型為特點(diǎn)的（B60K17/04）技術(shù)領(lǐng)域主要涉及到電動(dòng)變速箱（EDU），由于電機(jī)調(diào)速范圍有限，且大范圍的轉(zhuǎn)速變化對(duì)電機(jī)和電池?fù)p傷較大，因此匹配可變速的變速器把電機(jī)轉(zhuǎn)速控制在合理范圍內(nèi)，是電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)，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(chǎng)分析

由于申請(qǐng)人通常會(huì)根據(jù)某項(xiàng)發(fā)明的重要性和對(duì)該技術(shù)的市場(chǎng)預(yù)期，決定是否將該項(xiàng)發(fā)明在不同的國家進(jìn)行專利申請(qǐng)，從而構(gòu)成一個(gè)同族專利申請(qǐng)。因此，通過對(duì)同族專利申請(qǐng)所屬國的分析，可以了解該技術(shù)在不同國家的保護(hù)力度和市場(chǎng)熱度。下文對(duì)專利申請(qǐng)的專利申請(qǐng)所屬國進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（注：對(duì)于申請(qǐng)人就同一發(fā)明在不同國家提出的專利申請(qǐng)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)）。具體結(jié)果參見圖3。

圖3示出專利申請(qǐng)?jiān)诟髂繕?biāo)國的分布。從各國專利申請(qǐng)趨勢(shì)可知，電動(dòng)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(qǐng)量的87%，此外日本和英國也申請(qǐng)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(chǎng)的2.7%。世界各大汽車廠家均在中國開展新能源汽車市場(chǎng)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(jī)中崛起的車企有比亞迪、上汽集團(tuán)、宇通客車和北汽集團(tuán)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(qiáng)國，正在積極推廣新能源汽車，并出臺(tái)一系列補(bǔ)貼措施，德國聯(lián)邦政府計(jì)劃至2020年德國電動(dòng)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(shí)捷等，在新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了大量的技術(shù)研發(fā)及儲(chǔ)備。在電動(dòng)車橋?qū)＠暾?qǐng)方面，德國共提交有258件專利申請(qǐng)，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(chǎng)，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(dòng)車橋的專利申請(qǐng)（139件），比較突出的申請(qǐng)人為通用公司，其在電動(dòng)車橋領(lǐng)域提交有35件專利申請(qǐng)。

5 電動(dòng)車橋?qū)＠饕暾?qǐng)人分析

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

從主要申請(qǐng)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(dòng)橋和電驅(qū)變速箱（EDU）布局較為均衡;采埃孚、保時(shí)捷和比亞迪重點(diǎn)偏向于領(lǐng)域?yàn)殡婒?qū)動(dòng)橋，吉林大學(xué)和博世則重點(diǎn)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(qǐng)人中只有比亞迪合博格華納在駐車機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)有專利。

6 技術(shù)功效矩陣分析

利用技術(shù)功效矩陣對(duì)電動(dòng)車橋最主要的技術(shù)分支：電驅(qū)動(dòng)橋近10年的專利申請(qǐng)情況進(jìn)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(gè)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(diǎn)和研發(fā)方向，獲得技術(shù)上的啟示與突破，進(jìn)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(dòng)效率、提高可靠性和輕量化是電驅(qū)動(dòng)橋領(lǐng)域需求最大的技術(shù)功效，在提高傳動(dòng)效率方面的技術(shù)需求主要通過電機(jī)、變速裝置方面的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)，如輪邊電機(jī)、雙電機(jī)或單電機(jī)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(dòng)軸、電機(jī)、差速器和冷卻潤滑方面的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn);輕量化方面的需求主要通過集成設(shè)計(jì)、電機(jī)和變速裝置的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn);此外，實(shí)現(xiàn)多速比的技術(shù)需求主要通過變速裝置的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)。

從變速裝置與技術(shù)功效的關(guān)系可以看出，對(duì)變速裝置的研發(fā)和改進(jìn)的專利及最多，可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)多速比、提高傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比切換以適應(yīng)不同的車型或工況，提高傳動(dòng)效率，降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而降低噪音。因此，對(duì)變速裝置的研發(fā)改進(jìn)是電驅(qū)動(dòng)橋領(lǐng)域值得關(guān)注的發(fā)展點(diǎn)，但同時(shí)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(jī)與技術(shù)功效的關(guān)系可以看出，電機(jī)的研發(fā)及改進(jìn)的主要技術(shù)需求為提高傳動(dòng)效率，通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，達(dá)到技術(shù)功效不是單純改變電機(jī)自身的結(jié)構(gòu)，而是改進(jìn)電機(jī)的布置形式，或者電機(jī)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(jī)、中央電機(jī)，雙電機(jī)或單電機(jī)等結(jié)構(gòu)。

集成設(shè)計(jì)主要是為了輕量化的需求，傳動(dòng)軸、制動(dòng)系統(tǒng)和冷卻潤滑系統(tǒng)的的改進(jìn)主要是達(dá)到提高可靠性的要求。目前電動(dòng)汽車生產(chǎn)成本較高，降低生產(chǎn)成本是未來電動(dòng)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(jī)的改進(jìn)，企業(yè)可以體積較大、重量較重的部件為出發(fā)點(diǎn)，如差速器、變速器和傳動(dòng)軸等關(guān)鍵部件進(jìn)行改進(jìn)及研發(fā)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，并開展專利布局，在技術(shù)空白點(diǎn)建立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

7 電動(dòng)車橋重點(diǎn)專利分析

根據(jù)專利申請(qǐng)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(diǎn)專利，重點(diǎn)專利均為外國專利，且申請(qǐng)日期較早，這與國外電動(dòng)汽車起步較早，專利申請(qǐng)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(dòng)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(xiǎn)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(diǎn)。

8 總結(jié)

本文通過對(duì)汽車電動(dòng)車橋關(guān)鍵技術(shù)的專利申請(qǐng)進(jìn)行多角度統(tǒng)計(jì)分析，包括專利申請(qǐng)趨勢(shì)、專利地區(qū)分布、專利技術(shù)分布、主要專利申請(qǐng)人和重要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分析等，繪制了汽車電動(dòng)車橋技術(shù)功效矩陣，剖析了重點(diǎn)專利技術(shù)和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手技術(shù)研發(fā)情況，為企業(yè)明確汽車電動(dòng)車橋?qū)＠趬厩闆r、明晰自身汽車電動(dòng)車橋研發(fā)定位、制定與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手博弈的技術(shù)路線等提供競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)支撐。

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