自動駕駛汽車背后的發明

余雪松

近期，歐洲專利局（EPO）發布《專利與自動駕駛汽車：自動駕駛背后的發明》。報告認為，隨著人工智能、5G、大數據、傳感技術、新型計算技術等新一代信息技術與汽車產業的深度融合，自動駕駛汽車正在引發汽車產業的第四次重大變革。各大企業投入巨資積極開展布局，無人駕駛汽車相關專利增長迅猛。報告顯示，自2011年起至2017年，歐洲專利局受理的SDV技術相關的專利申請數量增長了330%; SDV 技術相關申請量位居前25位的申請人所申請的專利數量占SDV專利總申請量約40%。

21世紀，很少有像自動駕駛汽車（SDV）一樣能夠產生巨大影響的發明，傳統交通方式將會發生徹底改變。SDV所需的許多技術已經進入消費者市場，包括車道保持輔助系統、雨量感應刮水器、自動制動系統等。預計SDV將從2025年開始商業化，市場潛力相當可觀，到2030年SDV市場規?？赡苓_到數千億美元。工業和創新企業正在為開發SDV技術的競爭投入大量資源，僅2014年至2017年期間，針對SDV發展的投資額便超過800億美元，預計這一數額將在未來幾年中繼續增長。

汽車自動化發展趨勢及挑戰

發展趨勢。汽車是歐洲的支柱產業之一，在歐洲提供了超過1300萬個直接和間接就業崗位，占2016年總就業人數的 6.1%; 2017 年汽車行業凈貿易順差已達到903億歐元。 汽車也是歐盟研發和創新（R&I）投入力度最大的領域，僅2016年就達540億歐元以上。

汽車是專利密集型行業，巨額R&I投資帶來了歐洲專利申請的持續增長。2006年至2015年期間，歐洲境內各專利局共受理了20萬項與汽車技術相關的發明專利申請。盡管 2007至2008年出現過急劇但短暫的下降，其上升趨勢幾乎從未中斷。僅200年至2015年期間，歐洲尋求專利保護的發明數量增加了36.2%。

當前，歐洲乃至全球汽車行業正處于根本性轉型的邊緣，一方面汽車行業必須能夠不斷提供更清潔、更安全、更高效、更可持續且更具包容性的運輸解決方案;另一方面企業需要保持競爭力，方可繼續為歐洲創造就業機會和經濟增長。

推動汽車產業轉型的主要驅動因素有兩個：一是公路運輸的綠色環保需求，二是全自動駕駛汽車的自動化程度不斷提高。

面臨挑戰。自動駕駛汽車正逐步進入市場，日益增長的計算能力、高速連接、人工智能的深度學習算法以及快速且分散的數據處理能力將提供更加完善的移動解決方案和自動駕駛汽車，將對交通系統產生重大影響，包括道路使用和交通管理。然而，仍有許多挑戰需要解決：

網絡安全——網絡安全亟待加強。持續增長的網聯汽車需要安全的數據傳輸以及保護車輛內部通信免受外部入侵。

測試和驗證——自動駕駛和自動車輛還需要進行安全操作測試和驗證。SDV可能遇到的眾多不同駕駛情形，需要測試許多場景并驗證自動響應，虛擬測試和認證可能成為推進途徑。對于無駕駛員的更高水平自動駕駛而言，需要考慮更加全面的交通場景，測試和驗證工作也會大幅增加。

與其他道路使用者共存——車輛及其用戶從低級別到高級別自動化的過渡期本身就形成了重大的技術和運營挑戰。如，自動化、半自動化和非自動化車輛及其用戶應如何安全地共存？如何更好地規范自動駕駛車輛中的駕駛員行為，以避免風險和混亂？

管理同SDV之間的交互——為實現更廣泛的接受度和自動化車輛的大眾市場，在任何時間和任何交通環境中都應當能夠讀取和理解自動駕駛，無論環境條件是否不利、人類特征是否不同。應當研究并評估相關功能的影響，同時還要評估是否需要將駕駛員的意圖和行動包含在自動駕駛的設計中。

車輛設計——由于具有更高水平的自動駕駛和越來越多的可用信息、警報和內容，這意味著在任何時候未來車輛必須始終能夠保證車輛乘客和其他道路使用者的“安全邊際”，在設計時將面臨重大挑戰。

綜合移動性：車輛、商業模式和解決方案——一個能夠為整個價值鏈中的服務、車輛和應用提供新的創新理念的繁榮生態系統正在嶄露頭角。

舒適和便利——車輛自動化可以通過提高舒適性和便利性以及提升生產率的方式為駕駛員、商業和客戶創造價值。個性化交通解決方案——隨著更高級別的自動駕駛部署，可以開發更加個性化的移動性服務。

環境可持續性——網聯的自動駕駛車輛、貨物和道路基礎設施將構建智能化的交通系統，在很大程度上提高利用率和貨運效率的同時提升運輸的安全性和環境可持續性。

SDV 發明和專利數據

SDV 發明的范疇。國際汽車工程師學會（SAE）定義了六種不同的車輛自動化水平，即從0級（幾乎不具備駕駛自動化）到5級（完全自動化駕駛）。本研究的對象是能夠使車輛具備SAE標準中4級（高自動化）和5級（完全自動駕駛）能力的發明，對所有相關專利申請進行嚴格篩選，并覆蓋了5G 網絡、云計算等通用技術和電氣化、動力系統等同車輛自動化相關的特定技術。

SDV發明可分為兩大部分，每個部分又可劃分若干技術領域。第一部分即為自動車輛平臺，涵蓋車輛本身所體現的技術， 包括三個領域：感知、分析和決策，計算和汽車操控。第二部分即為智慧環境，可使自動車輛彼此相互作用以及同周圍環境進行相互作用的技術，包括兩個領域：通信和智能物流。

專利數據。本文部分專利分析數據只采用歐洲專利局（EPO）所受理的專利申請（1990年至2017年期間直接向EPO提交的申請或進入歐洲的《專利合作條約（PCT）》申請），不包含僅向《歐洲專利公約（EPC）》各締約國專利局提交的專利申請，因此統計數據并不能充分反映申請人的整體創新能力。 整體來看，基于EPO對于專利申請的嚴格審查，其專利數據具有以下優點：

首先，它涵蓋了歐洲市場的最新專利統計數據，其中包括2017年提交的未公布的專利文件。其次，它定義了一個同質的專利申請群體，可以直接進行相互比較。第三，在大多數情況下，一項專利申請可被視為能夠代表一項技術發明。

根據歐洲專利局官方報告的年度統計方法，所有統計數據的參考年份應當為歐洲專利申請的提交年份（直接向EPO提交的申請（EPC第七十五條）或進入歐洲階段的年份（PCT專利申請（第一百五十八條第二款）和EPC 107規則）。每個歐洲專利申請將按照技術相關性歸屬到SDV的一個或多個部分（第1層）、領域（第2層）或技術內容（第3層）。為能夠進一步分析SDV技術申請人的申請策略，以EPO的官方語言之一提出申請，且至少有一項專利申請已提交至EPO或EPC締約國專利局的所有專利都在統計范圍內，每個專利族的日期為在歐洲最早專利申請的提交日期。必要時，統計數據進一步采用PATSTAT（EPO全球專利統計數據庫）以及內部數據庫，以確認申請人和發明人的名稱和地址等信息。申請人的名稱進行了統一化處理，以便對申請人進行分析。在統計申請人的國別時，僅考慮第一個申請人的所在國家。

SDV 發明的主要特點

信息技術與汽車深度融合加速SDV發展。2000年至2015年期間，歐洲共有24，311項同SDV技術相關的發明尋求了一項或多項專利申請。以最早的專利申請日期為基準，從2000年到2015年SDV發明的年度數量增長了6.5倍。

已有汽車技術的更廣泛基準類別對應于汽車技術的已有類別的所有發明，因此涵蓋了當今大規模生產的車輛中的所有技術。2000年至2015年期間，歐洲共有298，190項此類發明尋求了專利保護。以最早的專利申請日期為基準，這些SDV發明的年度數量在同期增加了59%。

約有三分之一的SDV發明被歸入汽車技術的已有類別。其余三分之二代表了已有汽車技術以外的領域，主要涉及信息和通信技術。SDV技術的兩大部分，即已有汽車相關的技術以及無關的技術，正在以類似的速度增長。這表明信息通信技術（ICT）與已有汽車技術的整合在很大程度上推動了 SDV技術的發展。

在對 SDV 五個不同技術領域開展分析之后，可以進一步確認上述結論。2011年至2015年期間，SDV發明和已有汽車技術交叉程度最高的領域是汽車操控（66%），其次是感知、分析和決策（45%）。這兩個技術領域最接近于汽車行業的核心競爭力，交叉程度為37%的計算也緊隨其后。被視為 ICT行業核心競爭力的通信（18%）技術交叉度最低，交叉度較低的還有智能物流（33%）。

SDV 發明保護力度明顯加強。通過對SDV和已有汽車技術的專利族比較分析， 進一步揭示了專利保護的地域范圍以及申請途徑的重要差異。

通過分析SDV和已有汽車技術專利族的平均規模，可以看出SDV發明的申請人正在更多的司法管轄區尋求專利保護。2011年至2015年期間，已有汽車技術的專利族平均規模為3.2，而SDV技術的專利族平均規模要大得多，每項發明對應著4.8項專利申請。從SDV技術五個細分領域看，其專利族平均規模均超過了已有汽車技術。同 ICT 行業關系密切的兩個技術領域通信和計算的專利族平均規模分別為5.3 項和 4.7 項，遠高于SDV技術的平均水平。

分析顯示，包含了向EPO申請或使用PCT路線的國際申請的 SDV 技術專利族數量占比更高。僅向EPO申請專利的SDV技術發明占比接近69%，而高達77%的SDV技術發明已通過EPO或PCT進行了國際專利申請。就已有汽車技術而言，通過EPO申請專利的這一比例降至40%，如果同時考慮PCT，則比例為51%。這意味著SDV技術發明通常會尋求廣泛的國際保護，而已有汽車技術的專利申請則主要集中在少數司法管轄區。這表明 SDV申請人傾向于將其專利申請策略與ICT行業的通常做法保持一致。

SDV專利態勢

SDV技術的總體趨勢。過去十年，EPO共受理了17735項與SDV技術相關的專利申請。2008年至2011年期間，SDV技術相關的專利申請年度數量穩定在1000項以下，在接下來的幾年間開始急劇上升，2017年達到了近4000項。

2012年之前，大多數專利申請集中在自動車輛平臺這一細分領域。近年來，與智能環境這一細分領域相關的發明增長越來越快，重要性也日益提高。當前，智能環境技術占 SDV 專利申請的比重更高。數據顯示，智能環境與自動車輛平臺專利申請數量的比例從 2008 年的 2：5 提升至2015年的4：5。整體來看，過去十年智能環境相關的專利申請總計為8627 項，而自動車輛平臺的申請數量則為13723項。這其中有4615項（占SDV專利申請總數的26%）專利申請與這兩個領域均相關。

SDV專利申請持續快速增長，2017年其占所有歐洲專利申請的比重已達到2.4%，而在2011年前的數年間這一數值只有0.6%左右。相對而言，EPO先前的研究顯示，與第四次工業革命極度相關的智能連接技術在歐洲專利申請中的比重已從2011年的2%上升到2016年的3.3%。

SDV 細分領域的發展趨勢。SDV技術的五個細分領域，都對實現全自動車輛起著重要作用，其專利申請數量變化情況。 其中，感知、分析和決策的專利申請數量最高，2008年至2017年期間達8733項;其后依次為6975項的通信，5163項的汽車操控和4515項的計算;智能物流的專利申請數量最低，僅為3378項。2011年至2017年期間所有細分領域的專利申請數量均有明顯增加，通信和計算兩個領域的復合增長率最高。

SDV 技術的申請人概況

SDV 專利申請行業分布情況。為分析不同行業對SDV專利申請的貢獻程度，根據主要經濟活動情況將前500強的SDV 專利申請人分為六個不同行業：汽車、其他運輸工具、電信、 汽車 ICT、機械和電氣設備以及其他。

汽車ICT在EPO受理的所有SDV專利申請中的占比最高（32.8%），隨其后的是汽車（29.3%），電信（13.6%）、機械和電氣設備（12.1%）分別位列第三和第四。這五個行業可被分為兩大類：一類是電信和汽車ICT，主要包括大型科技公司;另一類是作為運輸部門主要參與者的汽車、 其他運輸工具及機械和電氣設備企業。這兩類申請人對SDV的創新貢獻度幾乎相同，分別2011年至2017年期間所有SDV發明的46%和49%。

然而，進一步分析SDV五個細分技術領域的申請人情況，這六大行業對SDV領域創造性活動的貢獻較為懸殊。電信、汽車ICT行業顯然在通信領域具有優勢，而在計算領域汽車ICT行業的貢獻也很突出。相比之下，汽車行業在汽車操控領域的專利申請比例特別高（超過 63%），在智能物流（48.7%），感知、分析和決策（44.4%）以及計算（33.6%）等領域也占據著重要的地位。除通信外， 機械和電氣設備以及其他運輸工具企業對所有 SDV 細分領域均做出了一定貢獻。

EPO受理的SDV技術前25名申請人。2011年至2017年期間，三星集團共提交了624項專利申請，位居歐洲專利局受理的SDV專利申請人之首，其后依次為英特爾、高通和LG 集團，這四家企業都是全球知名的ICT企業。博世和豐田汽車這兩家汽車行業的知名公司，分列第五位和第六位。接下來是三家知名ICT企業諾基亞、愛立信和微軟以及一家國際汽車零部件供應商大陸集團。許多其他汽車制造商和傳統汽車零部件供應商也都在榜單之中。在排行前 25 名的申請人中，約有一半從事ICT行業，另一半則從事運輸或相關行業。

描述技術發展階段的一個常用指標就是專利申請所有權人的集中度。更高的集中度通常意味著市場更加成熟，而較低的集成度則表明市場尚未鞏固，且市場參與者的競爭將更加激烈。在SDV專利申請中，排行前五名的申請人占據所有專利申請量的15.5%，前十名的申請人則占25%左右，前25名占比約為40%，其余60%則來自于數百個較小的技術參與者，這表明新興的SDV領域創新來自不同規模、不同行業和技術概況的眾多參與者。

作為集中度量的標準，智能物流，感知、分析和決策以計算領域的占比相對較低而且穩定，這表明這些領域最適合新入行進行創新。相比之下，通信以及較小程度的汽車操控卻表現出明顯的更高集中度?？梢钥闯?，在這兩個技術領域中ICT和汽車行業的大型現有申請人占據著更強勢的地位。

SDV 專利申請人的地域分布

全球分布情況。2008年至2017年期間，歐洲申請人共提交了6628項專利申請，在EPO受理的SDV專利申請中所占比例最高，緊隨其后的是專利申請數量為5845項的美國申請人，日本申請人位居第三，共提交了2671項專利申請，不足美國專利申請數量的一半。韓國的專利申請數量排名第四，共1176項;隨后為中國，在過去十年中的專利申請數量為509項。2008年至2017年期間，這五個國家或地區占據了EPO已受理的所有SDV專利申請的95%。

然而，中國申請人在EPO受理的SDV發明專利申請中的比重很小，2011年至2017年期間SDV申請僅占總量的3.2%，這一數字還要稍低于中國申請人同期在EPO受理的專利申請中比重。2011年至2017年期間，同向EPO申請的專利總數相比，美國和韓國的申請人對SDV技術專利申請做出了更多貢獻。其中，美國申請人在SDV中的比例（33.7%）高于他們在EPO申請的專利總量比重（24.7%）。歐洲占SDV專利申請的比重為37.2%，在EPO專利申請總量中占48.7%。

啟示

SDV的這種專利態勢突出地顯示出利益相關者必須適應新現實。SDV的發展涵蓋了許多技術和行業，匯集了各種創新型企業，其中有許多是交通運輸行業的新手。部分強大的汽車、軟件和電信企業已經在SDV技術的不同子行業中開發出強大的專利組合。大量的小型申請人也為這些領域的創新做出了重要貢獻。鑒于這種破碎的現狀，SDV產業的成功發展可能取決于不同參與者在利用技術互補性方面將如何展開合作。

專利制度在這一過程中將發揮重要作用。除了為SDV發明的開發和商業化提供安全性之外，隨著SDV行業的進一步成熟，專利將有助于在不同技術專家之間進行新的許可和協作安排。從該研究的結果可以看出，SDV申請人已經開始調整其專利保護策略。然而，汽車和ICT行業在管理和利用專利方面的實踐仍存在顯著差異。如何克服這些差異并發明新的協作模式，是新興SDV行業面臨的挑戰之一。