整車控制器國內外專利技術現(xiàn)狀綜述_凌秋妮.doc

整車控制器國內外專利技術 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)展提供了一次機遇，我國 先后設立了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企業(yè)必須掌握動力、驅 動、整車控制系統(tǒng)三大核心技術，旨在培養(yǎng)企業(yè)研制生產出達到當 代國際水平并具有自主知識產權的電動汽車。本文從專利角度出 發(fā)，對整車控制器關鍵技術的國內外發(fā)展概況進行了分析，并從駕 駛員意圖識別、網絡管理、制動能量回饋、故障檢測與診斷、動力 分配管理等方面進行了分析研究，提出了對整車控制器開展專利預 警評價研究的必要性.1.引言“十五”期間，國家設立了電動汽車 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)、驅動電機及其控制系統(tǒng)、動力 蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術為“三橫”。此外，國家發(fā)改委制定了 新能源汽 車生產準入管理準則，從2007年11月1日起實施，要求企業(yè)生產新能源汽車產品必須掌 握動力、驅動、控制系統(tǒng)三大核心技術，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，并做出相應判斷后，控制下層的各部件控制器的動作，驅動汽車正常行駛。 純電動汽車整車控制器主要用于結構復雜的四輪驅動純電動汽車和輪轂電機純電動 汽車中，其作用是協(xié)調兩個或兩個以上電機 控制器同步工作。對于結構簡單的單電機驅動的純電動汽車，通常由電機控制器實現(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)調發(fā)動機控制器與電機控制器的工作狀態(tài)和動力分配，使整車能量高效合理地流動，且整車經濟性、動力性、排放等各指標達到最佳結合點。2. 整車控制器專利信息 分析與預警的必要性企業(yè)建立專利預警機制可以使企業(yè)在市場競爭中贏得主動，以應對跨國公司和發(fā)達國家企業(yè)在專利技術領域里對我國企業(yè)的挑戰(zhàn)，維護我國企業(yè)的利益，避免專利糾紛的發(fā)生，規(guī)避專利侵權行為，保護好自主專利權。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）的核心技術之一，通過專利信息分析，可深入了解 國內外整車控制器關鍵技術方面的研發(fā)現(xiàn)狀，掌握該領域國內外專利分布態(tài)勢，了解 國內企事業(yè)單位及國外公司的專利申請情況，幫助相關企業(yè)尋找研發(fā)方向，提高其創(chuàng)造與運用自主知識產權的能力，并有助于企業(yè)打破國外競爭對手在技術、市場上的壟 斷，促進新能源汽車產業(yè)的發(fā)展目前，整車控制器的主要消費市場和生產企業(yè)主要集中在日本（豐田汽車公司、日立汽車公司、日產汽車公司）、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)電動車技術有限公司等單位研制生產的產品為代表，產品功能較為完備，基本可以滿足電動汽車需求， 但與國際先進水平仍有一定差距。因此，有必要對整車控制器中的關鍵技術、關鍵設備 中的專利情況進行分析，并與相似專利技術 進行技術對比，排除整車控制器產業(yè)化中潛 在的知識產權風險，并提供規(guī)避建議。3. 整車控制器專利信息 分析和預警研究的內容（1） 整車控制器的主要關鍵技術車輛的行駛控制，駕駛員意圖識別技術協(xié)調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)司機的駕駛意圖和車輛實時狀態(tài)按照設定的控制程序向相關電控單元發(fā)送控制信號。例如，當駕駛員踩下加速踏板時，整車控制器向電機控制單元發(fā)送電機輸出轉矩信號，電機控制系統(tǒng)控制電機按照駕駛員的意圖輸出扭矩。車輛運行狀態(tài)管理技術實時監(jiān)測車輛的狀態(tài)可以使駕駛員準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、 電機轉速、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行顯示，便于駕駛員準確掌握車輛整體運行狀況完成相應操作。整車通信網絡管理技術純電動汽車整車通信網絡是基于CAN總線技術的通信網絡，具有多個豐從節(jié)點，整車控制器作為車載網絡的豐節(jié)點，負責對網絡狀態(tài)的監(jiān)管和對信息優(yōu)先權的動態(tài)分配，對車載網絡的正常運行具有重要意義。制動能量回饋控制技術電動汽車的電機可以工作在再生制動狀態(tài)，對制動能量進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)進行綜合判斷后，對制動能量回饋進行控制。 如果達到回收制動能量的條件，整車控制器向電機控制單元發(fā)送控制指令，使電機工作在發(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整車控制器對整車運行狀態(tài)進行實時監(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行保護，緊急情況下可以采取必要措施進行安全保護，以防止極端情況的發(fā)生。整車能量優(yōu)化管理技術純電動汽車有很多用電設備，包括電機和空調設備等。整車控制器可以對能量進行合理優(yōu)化來提高純電動汽車的續(xù)駛里程。例如當動力電池組電量較低時，整車控制器發(fā)送控制指令關閉部分起輔助作用的電氣設備，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（混合動力）在汽車行駛時，對汽車的動力源進行選擇，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)動機與電機其中之一作為汽車的動力源，或者同時選擇兩者對汽車進行混合驅動 2。風險分析內容包括：A整車控制器研發(fā)的技術風險分析對新能源汽車整車控制器的關鍵技術和所涉及的中國、美國和歐洲專利進行檢索，對專利技術、專利申請人、專利發(fā)明人進行分析，掌握目前有效或可能授權的專利，從中分析企業(yè)自身技術、產品所面臨的侵權風險。B整車控制器的市場風險分析對新能源汽車整車控制器的關鍵技術所涉及的中國、美國和歐洲專利進行檢索，收集目前有效或可能授權的專利，分析上述地區(qū)專利信息的區(qū)域分布，了解整車控制器關鍵技術所面臨的專利技術壁壘；分析區(qū)域專利技術，了解整車控制器在中國、美國和歐 洲不同的技術保護情況；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)間的技術實力，分析整車控制器關鍵技術及產品可能面臨的侵權風險。C我國整車控制器新技術研發(fā)方向與專 利保護策略對所搜集到的國內外整車控制技術領域相關專利進行分析，分析國內外整車控制器技術申請趨勢，尋找國內外整車控制器技術研發(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)新的技術與設備，并通過專利制度保護創(chuàng)新成果，防止侵權行為。4.整車控制器專利 發(fā)展概況(1) 國外主要生產企業(yè)專利概況在國外，整車控制器技術趨于成熟，各大汽車電子零部件企業(yè)及設計公司在電動汽車領域經驗充足，都在積極開展整車控制器研發(fā)和生產制造，控制策略成熟度高，整車節(jié)油效果良好，控制器產品都通過了可靠性測試。國外主要研制生產整車控制器的企業(yè)有：日本日產汽車公司、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專利 申請信息如下： 日產汽車公司日產汽車公司（日文：日產自動車株式會社，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）設有汽車制造基地。2010年12月3日，日產汽車有限公司發(fā)布了全新純電動零排放LEAF聆風電動汽車， 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、電機、發(fā)電機、動力電池、太陽能電池、再生制動系統(tǒng)。表1 目前日產汽車公司公開的部分相關專利申請列表優(yōu)先權/專利號專利名稱是否進入中國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汽車公司公開的部分相關專利申 請列表如上表1：由表1中專利申請可知，日產汽車公司在整車控制器的各個關鍵技術布局全面，其專利 申請大多選擇進入美國、歐洲，可見日產汽車在歐美市場戰(zhàn)略布局決心，其中進入中國的同 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上，通用汽車是領跑者，旗下產品有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專利申請列表優(yōu)先權/專利號專利名稱是否進入中國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鍵技術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)相關技術和產品時必須意識到可能存在的侵權風險并進行規(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、工業(yè)技術的研制生產?，F(xiàn)階段，博世正在我國加緊布局電動車領域，博世已經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品線，包括核心部件：電機、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專利申請列表優(yōu)先權/專利號專利名稱是否進入中國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鍵技術上已有專利布局，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企業(yè)的潛在競爭對手。(2) 國內主要申請人專利概況在國內，電動汽車發(fā)展迅速，涌現(xiàn)了很多電動汽車研究機構和企業(yè)，高校以北京理工大學、吉林大學、湖南大學等，企業(yè)以一汽、東風、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 品功能基本可以滿足電動汽車需求，已有小批 量產品進入市場。表4 目前我國有關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) 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)的整車控制器東風汽車集團股份有限公司 湖北汽車工業(yè)學院法律狀態(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)中國第一汽車集團公司法律狀態(tài)：授權公告日：2010.09.08CN200920094157.X6一種電動車整車控制器中的電源技術北京理工大學法律狀態(tài)：公開公告日：2005.01.26CN200410037838.4目前我國有關整車控制器方面的部分專利 申請如上頁表4：5.小結與展望我國在發(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