整車控制器國內(nèi)外專利技術(shù)現(xiàn)狀綜述_凌秋妮.doc

整車控制器國內(nèi)外專利技術(shù) 現(xiàn)狀綜述凌秋妮 吳潔霞 張云星 吳方圓 胡婷婷 孟家慶摘要：新能源汽車為我國汽車行業(yè)發(fā)展提供了一次機(jī)遇，我國 先后設(shè)立了863計劃“電動汽車”重大科技專項、“節(jié)能與新能源 汽車”重大項目等，要求新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)必須掌握動力、驅(qū) 動、整車控制系統(tǒng)三大核心技術(shù)，旨在培養(yǎng)企業(yè)研制生產(chǎn)出達(dá)到當(dāng) 代國際水平并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電動汽車。本文從專利角度出 發(fā)，對整車控制器關(guān)鍵技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況進(jìn)行了分析，并從駕 駛員意圖識別、網(wǎng)絡(luò)管理、制動能量回饋、故障檢測與診斷、動力 分配管理等方面進(jìn)行了分析研究，提出了對整車控制器開展專利預(yù) 警評價研究的必要性.1.引言“十五”期間，國家設(shè)立了電動汽車 重大科技專項，專項確定了“三縱三橫”的 研發(fā)布局，以燃料電池汽車、混合動力電動 汽車、純電動汽車三種車型為“三縱”，整 車控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)、動力 蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術(shù)為“三橫”。此外，國家發(fā)改委制定了 新能源汽 車生產(chǎn)準(zhǔn)入管理準(zhǔn)則，從2007年11月1日起實施，要求企業(yè)生產(chǎn)新能源汽車產(chǎn)品必須掌 握動力、驅(qū)動、控制系統(tǒng)三大核心技術(shù)，其中控制系統(tǒng)主要指整車控制器 1。 整車控制器 （Vehicle Control Unit），也 叫動力總成控制器，是整個汽車的核心控制部件，它采集加速踏板信號、制動踏板信號及其他部件信號，并做出相應(yīng)判斷后，控制下層的各部件控制器的動作，驅(qū)動汽車正常行駛。 純電動汽車整車控制器主要用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的四輪驅(qū)動純電動汽車和輪轂電機(jī)純電動 汽車中，其作用是協(xié)調(diào)兩個或兩個以上電機(jī) 控制器同步工作。對于結(jié)構(gòu)簡單的單電機(jī)驅(qū)動的純電動汽車，通常由電機(jī)控制器實現(xiàn)扭 矩控制和再生制動控制等功能，不采用整車控制器。 而在混合動力汽車中，整車控制器主要用于協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)控制器與電機(jī)控制器的工作狀態(tài)和動力分配，使整車能量高效合理地流動，且整車經(jīng)濟(jì)性、動力性、排放等各指標(biāo)達(dá)到最佳結(jié)合點。2. 整車控制器專利信息 分析與預(yù)警的必要性企業(yè)建立專利預(yù)警機(jī)制可以使企業(yè)在市場競爭中贏得主動，以應(yīng)對跨國公司和發(fā)達(dá)國家企業(yè)在專利技術(shù)領(lǐng)域里對我國企業(yè)的挑戰(zhàn)，維護(hù)我國企業(yè)的利益，避免專利糾紛的發(fā)生，規(guī)避專利侵權(quán)行為，保護(hù)好自主專利權(quán)。整車控制器是新能源汽車（純電動汽 車、混合動力汽車、燃料電池汽車）的核心技術(shù)之一，通過專利信息分析，可深入了解 國內(nèi)外整車控制器關(guān)鍵技術(shù)方面的研發(fā)現(xiàn)狀，掌握該領(lǐng)域國內(nèi)外專利分布態(tài)勢，了解 國內(nèi)企事業(yè)單位及國外公司的專利申請情況，幫助相關(guān)企業(yè)尋找研發(fā)方向，提高其創(chuàng)造與運用自主知識產(chǎn)權(quán)的能力，并有助于企業(yè)打破國外競爭對手在技術(shù)、市場上的壟 斷，促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目前，整車控制器的主要消費市場和生產(chǎn)企業(yè)主要集中在日本（豐田汽車公司、日立汽車公司、日產(chǎn)汽車公司）、美國（通用 汽車公司、福特汽車公司）和歐洲（德國 Bosch公司、法國法雷奧汽車公司、瑞典沃 爾沃汽車公司），國內(nèi)市場上以奇瑞汽車股份有限公司、北京理工華創(chuàng)電動車技術(shù)有限公司等單位研制生產(chǎn)的產(chǎn)品為代表，產(chǎn)品功能較為完備，基本可以滿足電動汽車需求， 但與國際先進(jìn)水平仍有一定差距。因此，有必要對整車控制器中的關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備 中的專利情況進(jìn)行分析，并與相似專利技術(shù) 進(jìn)行技術(shù)對比，排除整車控制器產(chǎn)業(yè)化中潛 在的知識產(chǎn)權(quán)風(fēng)險，并提供規(guī)避建議。3. 整車控制器專利信息 分析和預(yù)警研究的內(nèi)容（1） 整車控制器的主要關(guān)鍵技術(shù)車輛的行駛控制，駕駛員意圖識別技術(shù)協(xié)調(diào)電動汽車各個分系統(tǒng)正常工作，這是整車控制器最基本的功能。整車控制器根據(jù)司機(jī)的駕駛意圖和車輛實時狀態(tài)按照設(shè)定的控制程序向相關(guān)電控單元發(fā)送控制信號。例如，當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時，整車控制器向電機(jī)控制單元發(fā)送電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號，電機(jī)控制系統(tǒng)控制電機(jī)按照駕駛員的意圖輸出扭矩。車輛運行狀態(tài)管理技術(shù)實時監(jiān)測車輛的狀態(tài)可以使駕駛員準(zhǔn)確了解車輛行駛狀態(tài)。整車控制器直接或者通過CAN總線通信獲得車速、電池剩余電量、 電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流等車輛運行數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過液晶顯示單元進(jìn)行顯示，便于駕駛員準(zhǔn)確掌握車輛整體運行狀況完成相應(yīng)操作。整車通信網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)純電動汽車整車通信網(wǎng)絡(luò)是基于CAN總線技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)，具有多個豐從節(jié)點，整車控制器作為車載網(wǎng)絡(luò)的豐節(jié)點，負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)管和對信息優(yōu)先權(quán)的動態(tài)分配，對車載網(wǎng)絡(luò)的正常運行具有重要意義。制動能量回饋控制技術(shù)電動汽車的電機(jī)可以工作在再生制動狀態(tài)，對制動能量進(jìn)行回收利用是電動汽車和傳統(tǒng)能源汽車的重要區(qū)別。整車控制器根據(jù)行駛速度、駕駛員制動意圖和電池組狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷后，對制動能量回饋進(jìn)行控制。 如果達(dá)到回收制動能量的條件，整車控制器向電機(jī)控制單元發(fā)送控制指令，使電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，將部分制動能量儲存在動力電池組中，提高車輛能量利用效率。故障檢測與診斷技術(shù)整車控制器對整車運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控。發(fā)生故障時及時報警、采取安全措施并發(fā)送錯誤代碼，確保車輛安全行駛。按照出現(xiàn)故障的類別對整車進(jìn)行保護(hù)，緊急情況下可以采取必要措施進(jìn)行安全保護(hù)，以防止極端情況的發(fā)生。整車能量優(yōu)化管理技術(shù)純電動汽車有很多用電設(shè)備，包括電機(jī)和空調(diào)設(shè)備等。整車控制器可以對能量進(jìn)行合理優(yōu)化來提高純電動汽車的續(xù)駛里程。例如當(dāng)動力電池組電量較低時，整車控制器發(fā)送控制指令關(guān)閉部分起輔助作用的電氣設(shè)備，將電能優(yōu)先保證車輛的安全行駛。整車的動力分配管理技術(shù)（混合動力）在汽車行駛時，對汽車的動力源進(jìn)行選擇，合理分配動力。整車控制器作為控制核心，完成了這一控制，在汽車行駛過程中， 整車控制器按照既定的控制策略，根據(jù)駕駛員的需求和動力電池的荷電狀態(tài)，選擇發(fā)動機(jī)與電機(jī)其中之一作為汽車的動力源，或者同時選擇兩者對汽車進(jìn)行混合驅(qū)動 2。風(fēng)險分析內(nèi)容包括：A整車控制器研發(fā)的技術(shù)風(fēng)險分析對新能源汽車整車控制器的關(guān)鍵技術(shù)和所涉及的中國、美國和歐洲專利進(jìn)行檢索，對專利技術(shù)、專利申請人、專利發(fā)明人進(jìn)行分析，掌握目前有效或可能授權(quán)的專利，從中分析企業(yè)自身技術(shù)、產(chǎn)品所面臨的侵權(quán)風(fēng)險。B整車控制器的市場風(fēng)險分析對新能源汽車整車控制器的關(guān)鍵技術(shù)所涉及的中國、美國和歐洲專利進(jìn)行檢索，收集目前有效或可能授權(quán)的專利，分析上述地區(qū)專利信息的區(qū)域分布，了解整車控制器關(guān)鍵技術(shù)所面臨的專利技術(shù)壁壘；分析區(qū)域?qū)＠夹g(shù)，了解整車控制器在中國、美國和歐 洲不同的技術(shù)保護(hù)情況；分析專利區(qū)域申請人，掌握整車控制器在中國、美國和歐洲的競爭對手情況，分析競爭對手專利及產(chǎn)品信息，掌握各個競爭對手的研發(fā)實力與研發(fā)方向狀況；分析重點專利，研判核心技術(shù)的專利情況。通過上述研究，從中研判國家或地區(qū)間的技術(shù)實力，分析整車控制器關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品可能面臨的侵權(quán)風(fēng)險。C我國整車控制器新技術(shù)研發(fā)方向與專 利保護(hù)策略對所搜集到的國內(nèi)外整車控制技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專利進(jìn)行分析，分析國內(nèi)外整車控制器技術(shù)申請趨勢，尋找國內(nèi)外整車控制器技術(shù)研發(fā)的空白點與研發(fā)方向，為企業(yè)自身研發(fā)方向提供思路，幫助我國企業(yè)形成自主創(chuàng)新的技術(shù)與設(shè)備，并通過專利制度保護(hù)創(chuàng)新成果，防止侵權(quán)行為。4.整車控制器專利 發(fā)展概況(1) 國外主要生產(chǎn)企業(yè)專利概況在國外，整車控制器技術(shù)趨于成熟，各大汽車電子零部件企業(yè)及設(shè)計公司在電動汽車領(lǐng)域經(jīng)驗充足，都在積極開展整車控制器研發(fā)和生產(chǎn)制造，控制策略成熟度高，整車節(jié)油效果良好，控制器產(chǎn)品都通過了可靠性測試。國外主要研制生產(chǎn)整車控制器的企業(yè)有：日本日產(chǎn)汽車公司、日本豐田汽車公司、日本日立汽車公司、日本本田汽車公司、日本三菱汽車公司、韓國現(xiàn)代電器公司、美國通用汽車公司、美國福特汽車公司、德國Bosch公司、法國法雷奧汽車公司、 瑞典沃爾沃汽車公司等，其中介紹日本、美 國、歐洲最具代表性的公司概況及相關(guān)專利 申請信息如下： 日產(chǎn)汽車公司日產(chǎn)汽車公司（日文：日產(chǎn)自動車株式會社，英文：NISSAN MOTOR Co.LTD.） 是日本的一家汽車制造商，于1933年在神奈川縣橫濱市成立，目前在二十個國家和地區(qū)（包括日本）設(shè)有汽車制造基地。2010年12月3日，日產(chǎn)汽車有限公司發(fā)布了全新純電動零排放LEAF聆風(fēng)電動汽車， 新車在12月20日起投放日本市場以及歐美市場，并計劃在2013年底進(jìn)入中國市場，該款電動汽車采用了其自主研發(fā)的整車控制器，整車控制器用于接收來自組合儀表的車速傳感器和加速踏板位置傳感器的電子信號，通過子控制器控制直流電壓變換器DCDC、車燈、除霜系統(tǒng)、空調(diào)、電機(jī)、發(fā)電機(jī)、動力電池、太陽能電池、再生制動系統(tǒng)。表1 目前日產(chǎn)汽車公司公開的部分相關(guān)專利申請列表優(yōu)先權(quán)/專利號專利名稱是否進(jìn)入中國JP2004343989US6889126Control unit for hybrid electric vehicle混合動力電動車的整車控制器否US20040254695JP4165431B2EP2525078US120292919Engine start control system for hybrid electric vehicle 混合動力電動車的起步控制系統(tǒng)是CN102785658JP2012240544EP1544071US7349767Method and system for estimating a drivers intention駕駛員意圖識別方法與系統(tǒng)否EP1544022US20050131588DE602004011739JP2005182123DE602004011739D1EP1544022B1JP8051701Regenerative brake for electric automobile 用于純電動車的再生制動否JP2010154643Device and method for controlling regenerative braking force of hybrid vehicle 用于控制混合動力車輛再生制動的裝置及方法否目前日產(chǎn)汽車公司公開的部分相關(guān)專利申 請列表如上表1：由表1中專利申請可知，日產(chǎn)汽車公司在整車控制器的各個關(guān)鍵技術(shù)布局全面，其專利 申請大多選擇進(jìn)入美國、歐洲，可見日產(chǎn)汽車在歐美市場戰(zhàn)略布局決心，其中進(jìn)入中國的同 族專利申請僅有一項，隨著我國“三縱三橫” 戰(zhàn)略布局以及新能源汽車扶持政策的出臺，未來日產(chǎn)汽車或許會加速在我國的專利戰(zhàn)略布局，搶占我國市場。美國通用汽車公司美國通用汽車公司（GM，General Motors Corporation）成立于1908年9月16日，自從威廉杜蘭特創(chuàng)建了美國通用汽車公司以來，先后 聯(lián)合或兼并了別克、凱迪拉克、雪佛蘭、奧茲 莫比爾、龐蒂克、克爾維特、悍馬等公司，從 1927年以來一直是全世界最大的汽車公司之一。在全球電動汽車的研制生產(chǎn)上，通用汽車是領(lǐng)跑者，旗下產(chǎn)品有Springo純電動汽車， Spark純電動汽車，Volt混合動力電動汽車等。表2 目前通用公司公開的部分相關(guān)專利申請列表優(yōu)先權(quán)/專利號專利名稱是否進(jìn)入中國US120296502Forward-looking hybrid vehicle control strategy 前瞻性的混合動力汽車整車控制策略否US20070208467US7539562Hybrid vehicle powertrain control method and apparatus 混合動力汽車動力總成控制方法及裝置是US8036785WO2007103840US20090182463CN101395552DE112007000515T5WO2007103840A3US20110125351CN102069795Driver Intention Detection Algorithm for Transmission Control 用于傳動控制的駕駛員意圖識別方法是DE102010051443A1EP2065274US8214120Method to manage a high voltage system in a hybrid powertrain system 混合動力汽車動力總成系統(tǒng)的高壓安全管理方法是US20090118916CN101475000EP2065274A3EP2065274B1目前通用汽車公司公開的部分相關(guān)專利申 請列表如上頁表2：由上述專利申請可知，通用汽車公司在整車控制器關(guān)鍵技術(shù)方面的專利布局較為全面， 且同族專利主要布局在歐洲和中國，是我國新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)的主要競爭對手，我國汽車 企業(yè)在研制開發(fā)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品時必須意識到可能存在的侵權(quán)風(fēng)險并進(jìn)行規(guī)避。德國Bosch (羅伯特博世) 公司德國Bosch公司1886年在斯圖加特創(chuàng)辦，主要從事汽車技術(shù)、工業(yè)技術(shù)的研制生產(chǎn)?，F(xiàn)階段，博世正在我國加緊布局電動車領(lǐng)域，博世已經(jīng)為混合動力和電動車的動力總成系統(tǒng)建立起十分齊全的產(chǎn)品線，包括核心部件：電機(jī)、整車控制器、鋰離子電池、充電器、制動 系統(tǒng)、車身控制器、泵，以及電子驅(qū)動所需的各類傳感器。表3 目前德國Bosch公司公開的部分相關(guān)專利申請列表優(yōu)先權(quán)/專利號專利名稱是否進(jìn)入中國WO2010130482 Controller, in particular for a hybrid vehicle having an electirc drive and an internal combustion engine, and method for operating a hybrid vehicle 適用于混合動力汽車的整車控制器否DE102007042724 DE102006032446 WO2006131255WO1990006863 Process for detecting the intention of a driver to start a motorvehicle 駕駛員意圖識別的檢測方法否DE3841978US130093367Method and device for actuating an electric machine in the motor starting mode用于驅(qū)動電動汽車起步模式的方法及裝置否目前Bosch公司公開的部分相關(guān)專利申請列表如上表3：由上述專利申請可知，博世公司在整車控制器及其關(guān)鍵技術(shù)上已有專利布局，同族專利 申請主要集中在歐美；近幾年來，隨著博世公司在我國電動車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局加速，博世公 司已成為我國新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)的潛在競爭對手。(2) 國內(nèi)主要申請人專利概況在國內(nèi)，電動汽車發(fā)展迅速，涌現(xiàn)了很多電動汽車研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)，高校以北京理工大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等，企業(yè)以一汽、東風(fēng)、奇瑞、北京理工華創(chuàng)電動車、杭州杰能等 為代表對整車控制系統(tǒng)進(jìn)行了研發(fā)，目前已初步掌握了整車控制器的軟、硬件開發(fā)能力，產(chǎn) 品功能基本可以滿足電動汽車需求，已有小批 量產(chǎn)品進(jìn)入市場。表4 目前我國有關(guān)整車控器方面的部分專利申請列表序號專利名稱/專利號申請 (專利權(quán)) 人法律狀態(tài)1一種混合動力汽車整車系統(tǒng)及其多能源控制系統(tǒng)和控制方法奇瑞汽車股份有限公司法律狀態(tài)：公開公告日：2008.09.03CN200710302535.42采用可編程控制器的電動汽車整車控制器杭州杰能動力有限公司法律狀態(tài)：授權(quán)公告日：2012.05.16CN201120363282.33一種用于混合動力系統(tǒng)的整車控制器東風(fēng)汽車集團(tuán)股份有限公司 湖北汽車工業(yè)學(xué)院法律狀態(tài)：公開公告日：2007.01.17CN200520099404.74一種增程式電動汽車整車智能控制器湖南大學(xué)法律狀態(tài)：公開公告日：2013.02.13CN201210425587.15通用化混合動力整車控制系統(tǒng)中國第一汽車集團(tuán)公司法律狀態(tài)：授權(quán)公告日：2010.09.08CN200920094157.X6一種電動車整車控制器中的電源技術(shù)北京理工大學(xué)法律狀態(tài)：公開公告日：2005.01.26CN200410037838.4目前我國有關(guān)整車控制器方面的部分專利 申請如上頁表4：5.小結(jié)與展望我國在發(fā)展新能源汽車上，起步不晚。據(jù)中汽協(xié)會不完全統(tǒng)計，201年我國新能源汽車 生產(chǎn)12 552輛，其中：純電動汽車11 241輛、插電式混合動力1 311輛。銷售新能源汽車12 791輛