基于專利申請的國內外車輛自動變速器駐車擋熱點問題研究

劉騰達，閆盼盼

（國家知識產權局專利局專利審查協作天津中心，天津 300304）

0 引言

車輛當前已經成為人們日常生活和工作不可缺少的交通工具之一，根據換擋方式的不同車輛基本分為手動擋車輛和自動擋車輛。自動擋車輛采用自動變速器，由于其自動換擋的優勢，其普及程度越來越廣泛，其中自動變速器的駐車擋是自動變速器的重要組成部分，自動變速器駐車擋通過對變速器輸出軸進行鎖止，防止自動變速器不期望的轉速和扭矩輸出，實現對車輛的溜車控制。

當前關于駐車擋技術研究的文獻或論文較多，朱恩強[1]從駐車擋結構的受力分析，量化駐車結構的設計參數與性能之間的關系。孫印程[2]通過受力分析研究駐車機構解鎖困難的問題，并對參數優化。柴召鵬[3]提出了通過重新布置結構來優化沖擊載荷的研究。陳華[4]研究設計了駐車機構，對其進行性能分析以提高安全性。孫哲[5]研究了駐車鎖止機構的原理和功能分析。徐友良[6]研究了駐車機構的設計功能與結構設計的關系。宋錦[7]研究了自動變速器駐車擋機構性能以及可靠性分析。吳亞菲[8]研究了駐車制動自動調整系統。王偉[9]研究了駐車系統關鍵參數分析與計算。

從上述研究可知，當前研究多集中在對駐車結構的受力分析、參數優化設計以及調整，從這幾個方面對駐車擋結構進行改進。隨著國家知識產權強國政策的實施和車輛技術的快速發展，國內車企對知識產權的重視程度越來越高，同時也有越來越多的研究人員從專利角度揭示車輛行業技術的發展。何睿[10]從專利角度揭示汽車安全帶研究現狀。劉騰達[11]等從專利角度揭示了國內外自動變速器換擋技術研究熱點問題。張華強等[12]從專利角度研究了駐車擋制動技術的發展脈絡。陳磊甲[13]從專利角度揭示比亞迪公司汽車專利總體發展趨勢以及重點IPC研究。蔣寶林[14]從專利角度研究了車用VOC材料在國內的申請情況。凌秋妮[15]等研究了混合動力汽車離合器專利技術現狀。金琦等[16]研究了汽車領域專利訴訟的應對策略。

車輛駐車領域屬于車輛換擋領域的小分類，從專利角度揭示其研究內容的并不多，而駐車擋技術又屬于車輛的一個重要技術分支。因此，本文通過中國專利數據庫CNABS 中關于國內外車輛自動變速器駐車擋技術的統計分析，從專利角度揭示當前國內外車輛自動變速器駐車擋的研究熱點問題，進一步促進國內車輛企業掌握行業相關技術發展情況，對提升自身科研能力和研究方向具有一定的參考意義。

1 車輛自動變速器駐車擋技術

車輛自動變速器駐車擋即車輛中常見的P 擋，其目的是為了讓自動擋車輛與手動擋車輛一樣可以通過擋位控制來限制車輛移動。P擋主要由一個鎖止棘輪和一個鎖止機構組成，鎖止機構與鎖止齒輪結合就可以直接固定與車輪相連的變速箱輸出軸，實現車輛鎖止，這是當前自動變速器駐車擋實現的基本結構。

根據駐車鎖止棘輪的布置位置的不同，駐車鎖止技術可分為鎖止差速器式P 擋駐車機構和鎖止變速器輸出軸式P 擋駐車機構。根據驅動棘爪扣入棘輪的方式不同，可以分為機械式P 擋駐車機構、電動式P 擋駐車機構與液壓式P 擋駐車機構。以駐車回位彈簧類型為判斷依據，將其分為螺旋彈簧回位式和扭簧回位式P 擋駐車機構；根據預緊彈簧類型的不同，將其分為螺旋彈簧預緊式P 擋駐車機構和扭簧預緊式P擋駐車機構[7]。

上述對駐車機構分類實質上可以歸結為兩類，即手動機械駐車和自動電子駐車。手動機械駐車是指通過駕駛員的手動操作實現車輛自動變速器的鎖止，通過駐車手柄的操作帶動駕駛室內底部機械結構的動作將鎖止機構與鎖止棘輪進行結合，從而實現鎖止。自動電子駐車是駕駛員控制旋鈕、按鈕或撥桿的動作或者根據車輛行駛狀態的判定，在傳感器檢測到上述動作之后，將信號傳遞給控制器，控制器發出指令控制執行機構包括液壓或電動的方式帶動鎖止機構的動作，從而實現自動變速器的鎖止。無論是手動機械駐車鎖止還是自動電子駐車鎖止，其最終目的均是通過鎖止機構的動作從而實現棘輪的鎖止，其區別在于具體的技術實施方式不同。

目前關于駐車結構多是以杠桿驅動的形式來實現棘爪與棘輪的配合，棘爪的一端與棘輪的凹槽相互對應，棘爪的另一端通過推桿的推動來實現，推桿常見的設置為錐形面與圓柱形配合的結構，在棘爪與推桿的錐面配合時車輛位于其他位，當位于駐車擋時棘爪與推桿圓柱面配合從而實現棘爪的另一端卡入棘輪凹槽中，實現鎖止。同時在棘爪的中間位置或端部設置復位彈簧，以防止棘爪的意外鎖止或無法復位情況的出現。

駐車結構的上述構造，造成其對零件安裝布置需要一定的空間，其推桿以及棘爪會占用較大的軸向空間，同時容易受到其他結構的干涉，還會對變速器內部布局造成一定的影響，安裝難度大。另外復位彈簧長時間使用后造成彈性降低，以及棘爪與棘輪整體承載力的要求，容易受到較大載荷沖擊，且棘爪與棘輪的配合屬于剛性接觸，從而出現無法掛擋、脫擋等問題。另外駐車結構棘爪的力臂設計不合理，會造成駐車操作力感的不同，加速零部件的損壞。另外關于驅動方式和驅動件，傳統車輛常見的是手動驅動駐車手柄從而實現駐車鎖止。隨著電控技術的發展，越來越多的車輛采用電動或液壓控制，通過電機或液壓泵設備來驅動棘爪的動作，自動變速器的駐車擋系統采用了電控液控等技術的情況下，一方面也增加了控制系統的要求，將駐車系統的結構改善轉變為程序控制的問題。另一方面驅動方式的不同與驅動件的結構有直接關系，常見的驅動件是端頭錐形與圓柱配合的推桿結構，同時出現了凸輪驅動結構，其將擋位的位置對應分布到凸輪中，在凸輪凸起的位置設置為駐車擋位置。

2 國內外車輛自動變速器駐車擋研究熱點

車輛自動變速器駐車技術主要涉及駐車結構，駐車方式以及驅動件3個方面[12]。在專利申請中根據IPC分類原則，車輛自動變速器駐車內容主要分布在F16H63/34 分類號內，內容為傳動部件的鎖住或截止機構。中國專利數據庫CNABS中在該分類號中共涉及1 944篇專利，同時由于車輛行車擋以及倒車擋也涉及相關鎖止結構，因此，通過檢索式將行車鎖止、倒車鎖止相關專利申請篩除后共757篇，并篩選出國內外在行業內具有一定影響力的企業專利申請研究問題進行分析。

2.1 國外研究熱點

國外車企關于車輛自動變速器駐車擋相關技術專利申請量如圖1所示。從圖中可知國外車企中豐田汽車和本田汽車在申請量排位靠前，其次是福特汽車、愛信艾達株式會社以及通用、奧迪。其中日本和美國的申請占據了大部分，這與其深厚的汽車工業基礎有直接關系。

圖1 國外車企駐車擋技術專利申請量

在豐田汽車的上述專利申請內容中，其專利較多的集中在車輛實際使用中出現的問題研究中。專利CN101568455A中提出在針對線控換擋方式駐車結構中，利用傳感器檢測駕駛員的動作從而實施駐車動作，但是從接收到將解鎖狀態的駐車結構切換為鎖止狀態的指令，其存在時間上的滯后性，從而導致車輛可能的偏移。專利CN102362104A中提出在車輛自動斷電的情況下車輛自動進入駐車，從而使得駕駛員的擋位操作不被允許，出現與駕駛員期望相反的情況。專利CN101678765A、CN101657660A 中提出利用電動結構來實現駐車擋驅動，不需要機械的傳動結構，從而節省空間，但是由于采用的是傳感器檢測控制技術，在傳感器發生故障的情況下，無法根據不同的情況來解除駐車鎖止，電磁閥失效問題以及在電動駐車出現故障的情況下，通過手動方式強行解除鎖止的方案。專利CN101301887A提出對電磁驅動駐車結構的電磁驅動器的電流大小變化進行的改進，從而提高電控的可靠性。同時豐田汽車少部分專利涉及駐車結構的改進，通過結構改進解決振動、空間安裝以及穩定性問題，如專利CN110194133A中提出一種駐車結構，駐車齒輪與車軸直接連接，從而縮小體積。

本田汽車專利中其研究內容與豐田汽車較為相似，較多的專利集中在對駐車實際中可能遇到的問題的研究中，專利CN104755337A 中提出在線控駐車擋結構中由于時間的滯后性，以及駕駛員忘記踩腳剎，導致車輛在坡道中更容易溜車的問題，以及駐車齒輪易被彈開的問題。專利CN104842972A中提出在車輛坡道駐車后再啟動時由于車重施加在輸出軸上導致產生扭矩，從而不利于再啟動時同步嚙合結構的動力。另外涉及其他問題的研究，例如專利CN107061708A中提出車輛動力恢復與駐車擋位切換時機的重合性，導致扭矩恢復產生慣性力作用于駐車機構，產生的沖擊、噪聲問題。

通用汽車專利申請中主要集中在對駐車控制方法的改進，由于變速器與駐車擋聯系密切，其專利如CN103453134A、CN104358865A、CN105402397A、CN109424741A、CN101467 5990A 等均是提供一種電子變速器范圍選擇系統，通過液壓油路的結構實現對車輛駐車擋位與其他擋位的整體控制。而關于駐車擋結構專利中如CN209839138U、CN106351989A 主要解決駐車驅動件布局方式、占用空間大、噪聲、耐久性、成本高等問題。福特汽車與通用汽車專利內容相似，其研究的問題多集中在從駕駛員本身角度出發的角度，如專利CN103711888A 提出的駐車解鎖時產生的噪音問題。專利CN103968066A中提出解除駐車需要較大力量的問題。以及專利CN108068790A中減少噪聲、振動和粗糙性的問題。同時涉及具體結構如專利CN206522437U、CN207080589U 中復位彈簧結構安裝問題。

2.2 國內研究熱點

國內關于車輛自動變速器駐車擋專利申請量如圖2 所示，從圖中可知吉利汽車、長城汽車、一汽、北京新能源以及比亞迪汽車申請量排位靠前，且均為自主品牌汽車，這與我國汽車技術近年的快速發展有直接關系。

圖2 國內車企駐車擋技術專利申請量

在吉利汽車的36 項專利申請中，關于方法的只有專利CN110271519U一項，其涉及車輛熄火后忘記掛入駐車擋的問題。專利CN201568562U、CN201836362U、CN20227408U 提出棘爪與棘輪的相互嚙合，承受整車力矩，造成對駐車零件高強度的要求，同時在受到沖擊載荷較大的情況下，容易導致意外駐車或脫擋。專利CN102121532A、CN201944250U 提出駐車結構安裝空間大的問題。專利CN209818718U、CN101907169A提出解決駐車結構簡化、耐用性問題。綜合可知吉利汽車專利大部分集中在對駐車擋零部件的結構設計中，解決的問題集中在零件的耐用性、節省空間以及駐車擋順利掛入或解除。

在長城汽車駐車專利中解決的問題與吉利汽車較為相似，更多地集中在解決空間占用、擋位失效以及無法順利脫擋問題。專利CN201982641U、CN104455401A 提出彈簧在惡劣工況下由于扭矩過大導致彈簧失效從而造成駐車擋卡死失效問題。專利CN201982642U、CN202082381U、CN205001503U提出采用復雜的駐車驅動結構，動力傳輸路線復雜，故障率高、空間占用大問題。長城汽車專利也是較多地集中在對結構的改進，其涉及方法的只有專利CN103195922A，涉及坡道溜車技術，且技術方案不涉及自動變速器駐車擋內容。

在北汽新能源專利申請中有8 項專利是同一技術方案，CN107725765A、CN107859739A、CN207569181U 等分別保護不同的范圍，綜合解決空間布置，縮小體積，意外掛擋以及需要較大力量解鎖問題。且整個申請中不涉及方法的改進。

一汽專利中則集中的涉及對駐車零件的改進，如專利CN203395166U 對駐車板簧的改進， CN20339516U、CN203770622U 對駐車拉桿總成的改進，CN203770621U 對棘爪總成的改進。同時其他專利較為集中地解決空間占用問題。其涉及方法的專利有CN110778705A，涉及減小駐車解除時產生的沖擊感。

3 結束語

本文以國內外車輛行業主要車企在駐車擋專利申請作為切入點，通過在中文專利數據庫CNABS中檢索其相關數據得到其專利申請量，對重要車企專利申請研究內容作出分析，確定其專利研究熱點問題。通過對該熱點問題的總結分析，可知當前駐車擋領域中較多的研究熱點問題集中在于對空間布置改善、零部件失效耐久性研究、脫擋、異常掛擋、以及擋位失效問題。針對該類問題國內外在專利申請中分別通過不同的側重點進行解決。國外車企更多是通過檢測與控制的方法來改善上述問題。而國內車企則更多的是通過對駐車擋的布置或結構改善來解決上述問題。這一點不僅僅在駐車擋結構中得到了體現，同時在自動變速器的換擋領域中也存在同樣的情況。該類情況的出現一方面是由于國內外車輛發展水平的不同，國外車輛發展時間久遠，基礎技術儲備較強，同時隨著物聯網以及無人駕駛技術的迅猛發展，其研究更多地集中在集成控制的方向發展。國內經過近年的發展，特別是加工制造業的發展有助于國內車企在設計制造中通過結構設計來解決問題。另一方面，由于駐車擋屬于自動變速器內部的重要組成部分，在自動變速器結構基本保持大體不變的情況下，國外對駐車擋的改進越來越多地趨向于對自動變速器的控制，即通過方法來實現改進。而國內在自動變速器的研究中本身就較多地集中在變速器的整體結構改進中，即通過結構設計來改善駐車擋技術問題。