汽车线控转向容错技术专利分析

汽车线控转向容错技术专利分析

陈莹莹

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心

摘要：汽车线控转向中针对可能出现的故障进行及时的处理和容错是目前研究的核心。本文针对汽车线控转向系统容错技术的专利进行分析，以DWPI专利数据库中的检索结果为分析样本，分析汽车线控转向系统容错技术的全球专利申请趋势、全球申请人的国别/地域分布，重点技术进行了分析，发现我国在该领域的起步晚，发展迅速，申请人集中在高校，校企合作也是发展方向，具有很大的发展前景。

关键词：线控转向、容错、机械备份、硬件冗余

一、引言

汽车线控转向技术，使用电子控制代替原有机械连接。容错系统就是具有冗余能力的控制系统，即在某些部件发生故障的情况下，系统仍然能按原定性指标或性能指标略有降低完成控制任务的系统。针对线控转向系统的传感器、电机、ECU 等部件及其整个系统，如何在有限的硬件基础约束下提高车辆线控转向系统故障后的可控性，将线控转向系统的残余风险降低，是线控容错技术研究的重点。

二、专利分析

2.1全球专利申请趋势

本文通过DWPI数据库收录的专利为样本，主要对国外专利申请状况的趋势以及全球专利重要申请人进行分析，该技术的发展大致可以分为四个时期，以申请量增长率的变化为标准。1998年之前为萌芽期，申请量极少，申请人的数量也很少； 1998-2006年为平稳增长期，每年的申请量明显比1998年之前的申请量多，同时也新增量了许多汽车企业申请人，2007-2012年为停滞期，主要受该技术本身应用的限制，该仅应用在一些概念车上，很难大规模应用到实际生产中，也影响了车辆企业专利的布局；2013年-今为快速增长期，伴随着人工智能、大数据和5G等技术的快速发展，作为无人驾驶汽车关键技术的汽车线控转向系统容错技术，再次成为汽车领域亟待发展和完善的技术，该项技术还处于上升期，未来的研究方向会更偏向于在汽车上的实际应用。

2.2全球专利申请申请人国别/区域分布

对全球专利申请按国别进行分析，以日本、中国和德国申请量居多，其次是美国。根据图1所示，在1987-1998年期间，基本集中在德国，主要采用简单的硬件冗余技术实现容错，方案比较简单。从1998-2006年期间，美国和日本的申请量明显增加，尤其是日本，中国也开始该领域的发展，从2007-2012年期间，日本和德国的申请量没有持续增加，而中国的申请量开始增加。各个国家陆陆续续从2013年开始高速增长，其中，中国申请量的增加尤为突出。主要国家发展趋势也吻合其汽车整体发展的趋势的。

图1 汽车线控转向系统容错技术国别发展趋势分析

2.3全球专利申请重要申请人分析

本文从全球专利申请重要申请人方面对全球汽车线控转向系统容错技术的专利申请做进一步分析，排名前十的申请人为捷泰格特、日产、吉林大学、南航大学、戴姆勒、博世、丰田、大众、本田、大众，其主要集中在日本、德国，而中国的申请人主要还是集中在高校。

2.4中国专利概况

本节国内申请人进一步分析，示出了国内申请人中国内企业、国内高校和国内个人申请量的比例，其中国内高校占了64％，主要的高校有吉林大学、南京航空航天大学、清华大学，也从另一个侧面反映出该技术尚处于不成熟阶段，需要更多的理论研究。企业申请人占了32%，可知，企业也在努力在该领域进行专利布局，其中，天津清智科技有限公司是一家专注于智能汽车和自动驾驶技术的创新型企业，公司核心团队来自清华大学汽车工程系，承担了京津冀地区的智能网联汽车示范园区的建设，在智能汽车领域的关键技术包括：先进的图像处理技术、复杂信息融合技术、完善的车辆控制技术等方面。清智公司自动驾驶的主营产品是园区自动驾驶车辆，包含自动驾驶摆渡车等。

三、汽车线控转向容错技术重点技术分析

3.1重点技术分解

汽车线控转向系统容错技术可以分为硬件冗余、软件容错和机械备份，分支情况见表1。其中，硬件冗余是指在线控转向系统基本结构的基础上将一些关键电子部件设置多倍冗余。备份的装置可以与原装置同时工作，也可以一个工作另一个处于待命状态。如果某个部件发生故障，其备用部件可以快速代替其功能，维持转向系统继续工作，具有非常可靠的容错能力。

软件容错是指在不改变转向系统机构、不增加过多设备的情况下，对故障后、剩余正常工作的转向系统装置进行控制。当部分装置故障时，通过实时数据采样，定位故障类型与位置，通过整合剩余正常工作的装置，互相协同工作，从而达到正常工作状态。具有成本低和易于工程实现的优点。

机械备份是指在线控转向系统中保留机械转向设备，当控制器检测到线控转向系统无效时，会控制开关件实现线控转向和机械备份之间的切换。常见的机械备份系统包括缆线结构、液压结构和传统转向机构。

3.2 重点技术分析

本节通过对汽车线控转向容错技术相关专利的技术方案解读，结合重点技术分支，对重点技术进行分析。在汽车线控转向系统容错专利中，有59%的申请采用了机械备份作为后备系统，而且申请量成逐年增长态势，有34%的申请采用了硬件冗余技术应对线控系统可能出现的故障，这是容错技术初期，采用的比较多的技术，而只有7%的申请采用了软件容错算法进行容错的处理。这主要是因为采用机械备份作为后备系统的技术方案，结构简单，实施方便，技术难度低，而采用软件容错算法进行容错，需要复杂的分析和协同运算，在故障情况下很难做到及时作出容错处理。虽然关于软件容错算法的专利申请量很少，但是从其申请形势看，有增多的趋势。而且，为了提高线控转向系统的安全性，很多申请人采用多种容错技术相结合，实现多重保障。

四、结语

汽车线控转向系统容错技术目前仍处于迅猛发展期，近十年，该领域的年申请量始终保持了一个高速增长的态势；各大国外公司争夺最激烈的技术是机械备份技术和硬件冗余技术，从长远来看，随着互联网+的深入发展，通过软件容错是技术发展的新趋势，同时各个技术分支之间的融合和协同使用，也是其发展的方向；中国申请人作为新势力，也在加速这方面的研究，目前主要集中在高校的理论研究阶段，随着无人驾驶车辆的生产和上路，中国汽车企业必将加大这方面的投入，因此，校企合作不失为一个双赢的选择，将推动汽车线控转向系统容错技术快速实现实际应用。

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