摘要：近年來，新能源汽車和自動(dòng)駕駛技術(shù)快速發(fā)展，為智能座艙行業(yè)的發(fā)展提供了良好的環(huán)境。對近10 年智能座艙技術(shù)的專利申請趨勢、專利申請區(qū)域分布、技術(shù)分支專利申請數(shù)量、技術(shù)發(fā)展趨勢、申請人排名進(jìn)行分析，并對關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行梳理，旨在為相關(guān)企業(yè)、科研機(jī)關(guān)提供技術(shù)參考。

0 引言

智能座艙技術(shù)是一種集成了人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等的先進(jìn)技術(shù)[1]，能夠?qū)⑵囎摯蛟鞛橹悄芑?、?shù)字化、個(gè)性化的交互空間，提升駕駛體驗(yàn)，增強(qiáng)安全性。近年來，國家相關(guān)部門陸續(xù)出臺(tái)了《關(guān)于開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車準(zhǔn)入和上路通行試點(diǎn)工作的通知》《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》等一系列政策，促進(jìn)了自動(dòng)駕駛、智能汽車及車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，也為智能座艙行業(yè)的發(fā)展提供了良好的環(huán)境[2]。因此，本文將對智能座艙的專利技術(shù)進(jìn)行梳理，并分析智能座艙的專利態(tài)勢及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢，以期為相關(guān)企業(yè)、科研機(jī)關(guān)的研發(fā)方向和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)提供技術(shù)參考。

1 專利技術(shù)分析

1.1 技術(shù)分解與數(shù)據(jù)獲取

通過分析智能座艙技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程[3-4]及國內(nèi)外的產(chǎn)業(yè)政策，確定了相關(guān)技術(shù)分支，見表1。本文的專利數(shù)據(jù)來自incoPat 數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)采集時(shí)間范圍為專利文獻(xiàn)申請日自2015 年1 月1 日起，專利文獻(xiàn)公開日至2025 年3 月1日止；專利申請數(shù)量的單位均為“件”。通過分類號(hào)和關(guān)鍵詞構(gòu)建檢索式，最終獲得專利申請64 063件。

表1 技術(shù)分支

智能座艙技術(shù)的專利申請趨勢如圖1所示。

圖1 智能座艙技術(shù)的專利申請趨勢

由于輔助駕駛等相關(guān)技術(shù)發(fā)展較早，因此從2015年開始就已經(jīng)有較多的關(guān)于智能座艙技術(shù)的專利申請。智能座艙技術(shù)近10 年的專利申請可以劃分為3 個(gè)階段。

（1）快速增長期（2015—2017年）。這段時(shí)間的專利申請數(shù)量增速較快，這與國內(nèi)外陸續(xù)出臺(tái)了有利于自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展的政策有關(guān)，例如：2013 年美國首次公布了自動(dòng)駕駛分級(jí)的政策法規(guī)，2016 年美國頒布了第一份自動(dòng)駕駛汽車聯(lián)邦政策文件；2015 年5 月我國國務(wù)院正式發(fā)布《中國制造2025》，隨后還提出開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范試點(diǎn)。因此，從2015 年開始眾多創(chuàng)新主體紛紛進(jìn)入自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，智能座艙技術(shù)的專利申請數(shù)量快速增長。

（2）平穩(wěn)發(fā)展期（2017—2021 年）。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)及通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，各個(gè)創(chuàng)新主體將智能座艙技術(shù)視為汽車領(lǐng)域中的“風(fēng)口”，傳統(tǒng)車企與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)紛紛建立合作，并推出搭載智能座艙技術(shù)的汽車，例如華為公司基于鴻蒙系統(tǒng)向眾多車企提供包括智能座艙在內(nèi)的解決方案，百度公司搭建Apollo 自動(dòng)駕駛開放平臺(tái)向國內(nèi)外眾多車企提供包括Apollo 智艙在內(nèi)的智能汽車解決方案。因此，該時(shí)間段內(nèi)智能座艙的專利申請數(shù)量較多，年申請量在6 800件以上。但由于受到全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，該時(shí)間段內(nèi)的專利申請數(shù)量變化較小。

（3）恢復(fù)增長期（2022年至今）。智能座艙技術(shù)在創(chuàng)新、市場和用戶體驗(yàn)方面取得顯著進(jìn)展，并成為智能汽車的核心競爭力，因此從2022 年開始，智能座艙技術(shù)的專利申請數(shù)量開始恢復(fù)增長。

1.3 專利申請區(qū)域分布

智能座艙技術(shù)的專利申請區(qū)域分布如圖2所示。從智能座艙技術(shù)的專利申請區(qū)域分布來看，近10 年中國在智能座艙技術(shù)領(lǐng)域的專利申請數(shù)量遙遙領(lǐng)先，顯示出強(qiáng)大的技術(shù)創(chuàng)新能力和高額的研發(fā)投入。一方面，國家政策（如《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》）推動(dòng)了技術(shù)快速發(fā)展；另一方面，中國擁有全球最大的汽車市場，對智能座艙技術(shù)的需求旺盛，巨大的需求推動(dòng)了本土企業(yè)的創(chuàng)新。美國的智能座艙技術(shù)專利申請數(shù)量排名第二，這得益于美國在人工智能、芯片和軟件領(lǐng)域具有全球領(lǐng)先優(yōu)勢，谷歌、特斯拉等科技巨頭或車企共同推動(dòng)了智能座艙技術(shù)的發(fā)展。日本在汽車電子和人機(jī)交互領(lǐng)域有深厚積累，并且日本企業(yè)在智能座艙技術(shù)方面注重實(shí)用性和可靠性，日本的智能座艙技術(shù)專利申請數(shù)量排名第三。韓國在屏幕技術(shù)（如OLED① OLED：organic light-emitting diode，有機(jī)發(fā)光二極管。）方面具有全球優(yōu)勢，專利申請多與顯示和交互相關(guān)，韓國的智能座艙技術(shù)專利申請數(shù)量排名第四。德國在汽車制造和工程領(lǐng)域具有全球領(lǐng)先地位，其智能座艙技術(shù)專利申請數(shù)量排名第五。

圖2 智能座艙技術(shù)的專利申請區(qū)域分布

1.4 技術(shù)分支專利申請數(shù)量

智能座艙技術(shù)一級(jí)分支的專利申請數(shù)量如圖3所示。

圖3 智能座艙技術(shù)一級(jí)分支的專利申請數(shù)量

從智能座艙技術(shù)一級(jí)分支的專利申請數(shù)量來看，智慧服務(wù)的專利申請最多，其占比高達(dá)47%。這反映出智慧服務(wù)是智能座艙技術(shù)中最活躍的分支，并且其在用戶體驗(yàn)中處于核心地位。其次是智能交互的專利申請數(shù)量（占41%），智能交互也是智能座艙技術(shù)的重要分支。智慧護(hù)航的專利申請數(shù)量最少，僅占總量的12%，但是其涉及駕駛安全。從專利申請數(shù)量來看，智慧服務(wù)和智能交互是當(dāng)前智能座艙技術(shù)的主要發(fā)展方向，而智慧護(hù)航則是未來需要進(jìn)一步加強(qiáng)的領(lǐng)域。

智能座艙技術(shù)二級(jí)分支的專利申請數(shù)量如圖4所示。

圖4 智能座艙技術(shù)二級(jí)分支的專利申請數(shù)量

從智能座艙技術(shù)二級(jí)分支的專利申請數(shù)量來看，智能交互中圖形界面交互、無線終端交互、語音交互的專利申請較多，手勢交互的專利申請較少；智慧服務(wù)中座椅調(diào)節(jié)的專利申請最多，氣候調(diào)節(jié)的專利申請相對較少；智慧護(hù)航中全景視野的專利申請略多于抬頭顯示。總體來看，語音交互、圖形界面交互、氣候調(diào)節(jié)、座椅調(diào)節(jié)、照明控制和無線終端交互是當(dāng)前智能座艙技術(shù)的核心分支，專利申請數(shù)量多，且應(yīng)用廣泛。手勢交互、全景視野和抬頭顯示的專利申請數(shù)量較少，但具有較大發(fā)展?jié)摿?。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，各分支將更加深度融合，推動(dòng)智能座艙技術(shù)的全面升級(jí)。

1.5 技術(shù)發(fā)展趨勢

智能座艙技術(shù)二級(jí)分支前、后5年專利申請數(shù)量對比見表2。

表2 智能座艙技術(shù)二級(jí)分支前、后5年專利申請數(shù)量對比

從前、后5 年的專利申請數(shù)量對比來看，語音交互（增幅為46.8%）、手勢交互（增幅為71.7%）和抬頭顯示（增幅為22.1%）的專利申請數(shù)量增長顯著，表明這些技術(shù)分支具有較大發(fā)展?jié)摿?。圖形界面交互（增幅為7.8%）、氣候調(diào)節(jié)（增幅為11.1%）、照明控制（增幅為8.3%）和全景視野（增幅為8.7%）的專利申請數(shù)量穩(wěn)步增長，表明這些技術(shù)分支仍處于發(fā)展階段。座椅調(diào)節(jié)的專利申請數(shù)量（增幅為2.2%）增長緩慢，無線終端交互的專利申請數(shù)量（增幅為-27.3%）下降明顯，表明這些技術(shù)分支趨于成熟。因此，隨著智能座艙技術(shù)的不斷發(fā)展，語音交互、手勢交互和抬頭顯示等新興技術(shù)分支將成為創(chuàng)新重點(diǎn)，而圖像界面交互、氣候調(diào)節(jié)和照明控制等成熟技術(shù)分支將更加注重優(yōu)化和場景化應(yīng)用。

1.6 申請人排名

智能座艙技術(shù)全球?qū)＠暾埲伺琶鐖D5所示。從智能座艙技術(shù)的專利申請人排名來看，現(xiàn)代、福特、豐田、電裝、長城、一汽、吉利、長安、本田、通用的專利申請數(shù)量排名前十，其中現(xiàn)代汽車的專利申請數(shù)量遙遙領(lǐng)先，其近10 年智能座艙技術(shù)的專利申請數(shù)量高達(dá)1 514 件，福特、豐田、電裝、長城、一汽的專利申請數(shù)量均超過700 件。

圖5 智能座艙技術(shù)全球?qū)＠暾埲伺琶?p>

從企業(yè)類型來看，除電裝為零部件企業(yè)外，其他企業(yè)均為整車制造企業(yè)，因此傳統(tǒng)車企在智能座艙領(lǐng)域具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。從申請人所屬國來看，前10個(gè)申請人中，中國申請人有4個(gè)，分別是長城、一汽、吉利、長安，這也與中國智能座艙技術(shù)專利申請總量排名第一相符合；日本申請人有3個(gè)，分別是豐田、電裝、本田；美國申請人有兩個(gè)；韓國申請人有一個(gè)。隨著智能汽車市場的快速發(fā)展，各國和各企業(yè)在智能座艙技術(shù)領(lǐng)域的競爭將更加激烈。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

通過前面的分析可知，智能交互中的語音交互和智慧護(hù)航中的抬頭顯示屬于當(dāng)前智能座艙技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新重點(diǎn)。本文通過同族專利申請數(shù)量、被引證數(shù)量、申請人類型等多個(gè)維度篩選出了部分重要專利，下面將對語音交互和抬頭顯示在近10 年的重要專利進(jìn)行分析。

2.1 語音交互

語音交互重要專利分布如圖6所示。

圖6 語音交互重要專利分布

在語音交互分支中，篩選出的重要專利主要涉及提高識(shí)別準(zhǔn)確性，改善用戶體驗(yàn)及提高駕駛安全性3個(gè)方面。

在提高識(shí)別準(zhǔn)確性方面，百度公司于2015 年提出了一件涉及車載語音指令識(shí)別方法的專利申請（CN105070288A）：通過預(yù)先訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型確定用戶可能意圖的置信度，然后根據(jù)置信度從用戶可能意圖中確定用戶真實(shí)意圖，以提高語音指令的正確識(shí)別率。哈曼國際工業(yè)有限公司于2015年提出了一件涉及改進(jìn)語音識(shí)別性能的專利申請（US2017032806A1）：通過噪聲消除波抵消環(huán)境噪聲，可減小麥克風(fēng)及周圍的噪聲，在不增加成本的同時(shí)提升語音識(shí)別系統(tǒng)的性能。華為公司于2016 年提出了一件涉及語音識(shí)別的專利申請（US20160253995A1）：根據(jù)檢測環(huán)境類型對輸出語音進(jìn)行修正，以解決語音識(shí)別穩(wěn)定性差的問題。

在改善用戶體驗(yàn)方面，阿爾派電子有限公司于2015 年提出了一件涉及多個(gè)信息終端連接的專利申請（JP2016151608A）：當(dāng)多個(gè)智能手機(jī)被帶入車輛中時(shí)，用戶按下屏幕上的語音識(shí)別按鈕，從而激活相應(yīng)的智能手機(jī)的語音識(shí)別功能，降低用戶操作復(fù)雜度。現(xiàn)代汽車公司于2015 年提出了一件涉及音頻、視頻導(dǎo)航設(shè)備的專利申請（US20160111088A1）：在相同模式的出現(xiàn)頻次超過閾值時(shí)，顯示單元在語音識(shí)別屏幕中呈現(xiàn)幫助，從而方便用戶更好地使用和控制車輛設(shè)備。新興汽車有限責(zé)任公司于2017 年提出了一件涉及識(shí)別用戶情緒的專利申請（US2017200449A1）：通過用戶音調(diào)識(shí)別用戶情緒，并提供相應(yīng)服務(wù)。奔馳公司于2023 年提出了一件涉及車載語音助手的專利申請（DE102023003428A1）：在語音交互中根據(jù)上下文和操作意圖之間的關(guān)系來操控車輛，縮短語音助手做出反應(yīng)所需的時(shí)間。賽輪思（Cerence）公司于2024 年提出了一件涉及車載娛樂系統(tǒng)的專利申請（US20250068384A1）：通過語音接口接收導(dǎo)航信息和旅行信息，向車內(nèi)乘員輸出有趣的評論，幫助駕駛員探索沿途風(fēng)景。

在提高駕駛安全性方面，哈曼國際工業(yè)有限公司于2015 年提出了一件涉及自適應(yīng)交互的專利申請（US20160236690A1）：根據(jù)駕駛員狀態(tài)、車輛狀態(tài)、車輛環(huán)境狀態(tài)識(shí)別駕駛員的情境和語境，改變語音輸出的音調(diào)或者禁止語音輸出以防止駕駛員分散注意力。電裝公司于2015 年提出了一件涉及駕駛員交互的專利申請（JP2017067849A）：根據(jù)車外交通信息及車內(nèi)駕駛員信息確定駕駛員的駕駛負(fù)荷，并確定是否允許輸出語音。賽輪思公司于2020 年提出了一件提高自主車輛安全性和靈活性的專利申請（US20200216086A1）：駕駛員可以通過語音控制系統(tǒng)控制駕駛目的地、路線和駕駛模式。

然而在人機(jī)交互中，語音交互作為單模態(tài)交互，在復(fù)雜環(huán)境下的語音識(shí)別、上下文理解與多輪對話管理、情感識(shí)別與個(gè)性化響應(yīng)中并不能很好地滿足用戶需求，因此當(dāng)前的發(fā)展趨勢是結(jié)合語音、觸控、手勢、視覺、傳感器等實(shí)現(xiàn)多模態(tài)交互[5]，提高交互效率，提升場景適應(yīng)性，降低誤操作率。例如在專利申請US2017200449A1中，識(shí)別用戶情緒時(shí)，除了通過語音方式識(shí)別用戶音調(diào)外，還通過車輛的攝像頭捕獲人類駕駛員的面部圖像，識(shí)別面部表情及其變化，從而預(yù)測駕駛員的心情。

2.2 抬頭顯示

抬頭顯示重要專利分布如圖7所示。

圖7 抬頭顯示重要專利分布

抬頭顯示（head-up display，簡稱HUD）技術(shù)主要包括風(fēng)擋式抬頭顯示（windshield HUD，簡稱W-HUD）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示（augmented reality HUD， 簡稱AR-HUD）。例如，捷豹公司于2015 年提出了一件涉及W-HUD 的專利申請（GB201500551D0）：雙平視顯示裝置使得駕駛員和乘客能夠同時(shí)觀看虛擬圖像，以解決乘客不能觀看虛擬圖像的技術(shù)問題。松下公司于2015 年提出了一件涉及虛擬圖像顯示裝置的專利申請（WO201514 5935A1）：通過擋風(fēng)玻璃反射圖像來顯示虛擬圖像，同時(shí)考慮駕駛員注視點(diǎn)的變化，使得觀察者更舒適?，F(xiàn)代公司于2015年提出了一件涉及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法的專利申請（US20161 63108A1）：在駕駛員觀看車外物體時(shí)，根據(jù)駕駛員眼睛位置，來校正物體或者眼睛的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示坐標(biāo)的誤差，最后顯示外部物體信息的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖形，從而降低用戶感知誤差。三星公司于2017 年提出了一件涉及平視顯示器的專利申請（KR20190014908A）：根據(jù)道路消失點(diǎn)生成駕駛員感興趣區(qū)域的恢復(fù)圖像，從恢復(fù)圖像中檢測感興趣的對象并通過HUD 顯示恢復(fù)圖像和關(guān)注對象。日本精機(jī)株式會(huì)社于2018 年提出了一件涉及平視顯示器的專利申請（WO2018168595A1）：根據(jù)駕駛情況在適當(dāng)?shù)娘@示距離處顯示車輛信息圖形。華為公司于2021 年提出了一件涉及AR-HUD 的專利申請（CN113260430A）：獲取車外場景對應(yīng)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像，融合車外場景和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像并通過顯示屏顯示，提升駕駛員對路面信息的感知能力，確保駕駛安全并提升舒適性。大眾汽車公司于2023年提出了一件涉及信息通知的專利申請（DE10202320 0126A1）：獲取車輛周圍其他車輛的危險(xiǎn)狀態(tài)信息，并根據(jù)危險(xiǎn)狀態(tài)信息在車輛的擋風(fēng)玻璃上顯示相應(yīng)的安全行駛軌跡。

通過分析上述重要專利可以發(fā)現(xiàn)，AR-HUD 更能滿足用戶需求，并且HUD 技術(shù)正處于從W-HUD 向ARHUD快速發(fā)展的道路上。

3 總結(jié)

通過以上分析可知，智能座艙是智能汽車的重要組成部分，智能座艙技術(shù)已經(jīng)成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。近10 年，，并且遠(yuǎn)超其他國家的專利申請數(shù)量，這與我國陸續(xù)出臺(tái)眾多利好自動(dòng)駕駛的政策有關(guān)，也與我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展有關(guān)；從申請人排名來看，傳統(tǒng)車企在智能座艙領(lǐng)域具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，專利申請數(shù)量排名前十的申請人中，我國申請人有4 個(gè)；從技術(shù)分布來看，語音交互、圖形界面交互、座椅調(diào)節(jié)、照明控制和無線終端交互的專利申請數(shù)量較多；從發(fā)展趨勢來看，語音交互、手勢交互和抬頭顯示等技術(shù)分支將成為未來的創(chuàng)新重點(diǎn)。在關(guān)鍵技術(shù)方面，語音交互技術(shù)主要涉及提高識(shí)別準(zhǔn)確性，改善用戶體驗(yàn)及提高駕駛安全性3 個(gè)方面，并向多模態(tài)交互方向發(fā)展；而抬頭顯示技術(shù)正在從風(fēng)擋式抬頭顯示向增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示快速發(fā)展。