Google自动驾驶汽车相关的设计专利布局分析

本文仅针对其中自动驾驶汽车部分，说明自动驾驶的分级，再以Google为例，说明其发展的自动驾驶汽车和相关技术，分析及说明Google与自动驾驶汽车相关的发明专利及设计专利的布局，提供给专利业界做为参考。

自动驾驶汽车

自动驾驶汽车是一种不需人类操作就能自动感应周围环境、自动导航的载具，能透过感测输入的资料，更新其地图资讯，让交通工具可以持续追踪其位置。无人驾驶汽车的优势是能减少交通事故、降低排放、有效的管理交通流量、纾解都会区停车位短缺的问题及交通压力、增加汽车共享的效能以及改变或颠覆现有的物流模式。

2014年美国汽车工程学会(SAE)将自动驾驶汽车分为5个等级，分类标准主要是基于人类驾驶与自动驾驶之分工比重，2016年，美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)进一步定义出自动驾驶6个等级分类系统。

表一：汽车工程师协会的6个汽车自动化分类等级[3]

 

 

目前，特斯拉(Tesla)已在自动车领域上处于领先地位，在硬体上已经达到第3级，不过，Tesla Autopilot的自动驾驶技术在实务上仍只有达到第2级至第3级。另外，奥迪(Audi)宣称 A8是第一部达到第3级的自动驾驶汽车。Ford新型的Fusion Hybrid汽车是属于第4级自动驾驶汽车，使用将投入量产的自动驾驶硬体、电脑及电器控制，还配备了Velodyne研发的(LiDAR)雷射雷达系统。Google希望将其自动驾驶汽车发展到不需人类操作的最高等级(第5级)的完全自动驾驶。自动驾驶已是全球汽车科技主要的研发方向，最终的目标是发展出全自动无人驾驶的车辆。[4]

自动驾驶汽车相关的硬体配备

自动驾驶汽车的原型与一般汽车的外观相差无几(如图1)，最大的不同之处是车上配备的各种感测器。感测器是自动驾驶汽车的眼睛，用于收集汽车周围的资讯，自动驾驶汽车在感测方面的关键零组件包括车载摄影镜头、毫米波雷达与LiDAR(Light Detection And Ranging，光达)，其中LiDAR被视为高度自动驾驶的关键，目前多用于Level 4自动化测试车辆，用以搜集道路资讯、绘制高精密度3D地图。

图1：Audi与Google推出的自动驾驶汽车

 

 

Google自动驾驶汽车的感测器套件

Google自动驾驶车的感测器套件包括四个主要单元：光达系统、相机的视觉系统、雷达和辅助感测(如图2)。车顶装配的圆顶的光达不分昼夜都能进行侦测，每秒进行数百万次360°旋转的脉冲雷射发射，并接受反射信号分析，完成精确测距，得以获得周围的物体空间分布，建立3D地理资讯。左后轮的定位感测器，测量汽车的移动，监控车辆是否偏移GPS地图中位置;车体周边的雷达感测器协助判断车辆远距离物体位置与距离等，使自动驾驶车行进。

图2：Google自动驾驶汽车的感测系统配备[5]

 

 

Google自动驾驶汽车的专利申请策略分析

Waymo是一项自动驾驶车计画，2016年12月由Google独立出来，成为Alphabet公司旗下的子公司。2010年，Google于加州进行自动驾驶的道路测试，2012年累积了48万英里的测试行驶。2014年5月，Google发表一款造型可爱、有迷你车厢的无人驾驶车原型设计(如图3)，一般昵称为「萤火虫(Firefly)」，主要是作为实验、学习及道路测试的平台。2017年6月，Google宣布Firefly原型车正式退役。

图3：Google的Firefly无人驾驶车

 

 

Google自动驾驶汽车由三个主要的系统组成：1.车辆本身由OEM认证：2.内部硬体，包括传感器和电脑;3.自动驾驶软体，做出驾驶决策。以下的专利申请分析也从这三系统来讨论相关的发明专利及设计专利申请。

自动驾驶汽车外观相关的设计专利

2014年8月，Google提出「Autonomous vehicles」的发明专利申请，于2016年9月6日核准公告。这是一种用于自动驾驶地将乘客操纵到目的地的车辆，包括一个或多个计算设备和一组使用者输入按钮，用于传送停止车辆的请求并利用一个或多个计算设备启动到目的地的旅行。车辆没有方向盘，没有使用者输入转向、加速的按钮。说明书中Fig.4A-4D揭露该自驾车的外观的示意图(如图4)。

图4：Google的美国发明专利揭露的外观示意图

 

 

2014年5月23日，Google将这萤火虫小车的可爱外观申请设计专利，2015年7月14日核准公告的D 734,211就是自动驾驶汽车「整体外观」的设计专利(如图5)，该案申请时第二实施例图式中前车灯、轮框、轮胎及车顶圆顶光达部分以虚线揭露，由于请求保护的范围不同而分割申请，于2016年5月1日核准公告(如图6)。

图5：Google的自动驾驶汽车外观的设计专利

 

 

图6：Google自动驾驶汽车外观的D755,673设计专利

 

 

自动驾驶汽车外观零组件的设计专利

Google也提出一系列的与自动驾驶汽车维修零件相关的设计专利申请，例如：车门外侧和车门内侧的设计专利(如图7)，车后门及后反光条的设计专利(如图8)，另外，也申请车体两侧的翼板、轮框、前车灯及后车灯造型的设计专利(如图9)。

图7：Google的自动驾驶汽车的车门之设计专利

 

 

图8：Google的自动驾驶汽车的车后门及反光条之等设计专利

 

 

图9：Google的自动驾驶汽车的头灯及尾灯車後門之等设计专利

 

 

自动驾驶汽车的感测器相关专利

2014年4月，Google提出一个「自动驾驶汽车的辅助感知」的发明专利申请，2017年2月7日核准公告。该案是用于向自动驾驶车辆系统提供补充识别能力的系统和方法。车辆的传感器单元可以被配置为接收指示车辆环境的数据，而控制系统可以被配置为操作车辆。车辆还包括处理单元，该处理单元被配置为分析指示环境的数据以确定至少一个对象具有低于阈值的检测置信度。

说明书中Fig.2中的实施例揭露车辆的传感器单元202，雷射测距仪208，传感器单元202可包括一个或多个不同的传感器，其配置成搜集关于车辆200的环境信息。

在另一实施例中，传感器单元202的可移动底座可以在特定角度和/或方位角范围内以扫描方式移动。另外，传感器单元202的传感器可以分布在不同的位置，并且不需要在单一位置并置(如图10)。

图10：9563199发明专利中图2揭露车辆多个传感器配置的实施例

 

 

2017年4月，Google提出关于自动驾驶汽车的车顶、车前与车后之感测器外壳(sensor housing)相关的设计专利申请，2018年12月4日核准公告(如图11)。

图11：Google的自动驾驶汽车之感测器外壳的设计专利

 

 

汽车内部及座椅相关的设计专利

US 9436182发明专利「自动驾驶汽车」说明书中Fig.5揭露自驾车内部空间配置图(如图12)，在图中，有两个乘客座位502，在它们之间具有控制台504。面对座位502之前的是仪表板配置506，其具有存储箱区域508和内部电子显示萤幕152。

图12：Google的US 9436182专利揭露的汽车内部配置图

 

 

Google也提出自动驾驶汽车的「整体内部配置」设计专利申请(如图13)，还有汽车座椅相关的设计专利(如图14)，以及汽车内部置物盒的设计专利(如图15)。

图13：Google的自动驾驶汽车之内部配置感測器外殼的设计专利

 

 

图14：Google的自动驾驶汽车之汽车座椅感測器外殼的设计专利

 

 

图15：Google的自动驾驶汽车车内置物盒的设计专利

 

 

汽车控制台、按钮及显示萤幕相关的设计专利

Google 的US 9436182发明专利明书中Fig.6揭露自驾车控制台配置的示意图(如图16左侧)，控制台504包括用于控制车辆的特征的各种按钮。例如：可以在典型车辆中找到的按钮，用于锁定和解锁门406的按钮602，用于升高或降低门406的窗口的按钮604，用于打开车辆内部灯具的按钮606。

图16：Google自驾车控制台相关的发明专利与设计专利

 

 

Google也提出自驾车的「自动驾驶汽车中控台」的设计专利申请(如图16右侧)，另有汽车控制按钮的设计专利(如图17右侧)，车内显示萤幕的设计专利(如图17左侧)。

图17：车内显示萤幕与控制按钮的设计专利

 

 

自动驾驶汽车相关应用介面的设计专利

自动驾驶汽车使用者介面设计考虑的是乘客，而非驾驶。如何实现安全的可亲近性、介面的可视化、易于了解与使用，提供无缝的操作交接等，才是需要考虑的设计。也需要能够显示语音讯息和视觉讯息，提示安全操作，提供简明的行程确认，引入行动App，启动行车按钮。

自动驾驶系统中基于对象指示的使用者介面

2014年4月，Google提出「自动驾驶系统中基于对象的指示使用者介面」的发明专利申请，于2014年12月2日核准公告。该案是具有多个控制设备的车辆，包括使用者输入，地理位置组件，物体检测设备，存储器和显示器(如图18上方左侧之代表图)。

说明书中记载着，如Fig.4所示，显示器还可识别其他相关对象。例如，在电脑110已经将道路上的物体(已识别的物体)识别为另一车辆的情况下，电脑可在显示器上的大致位置处将车辆显示为另一个图标，例如框113, 113a的方形盒。所显示的图标形状和大小可以由电脑基于实际车辆的形状和尺寸来选择。其中的Fig.6揭露的是通知图像的示意图，Fig.7是通知图像的变化状态。Fig.8与Fig.9都是通知图像的另一种配置。Fig.10至Fig.13是通知图像结合使用改变后的图式。

图18：US 8903592发明专利中所揭露之图形介面

 

 

Google也将自动驾驶汽车所使用的图形介面或图像提出设计专利申请，例如：显示车辆在道路行驶的速度、位置、方向等的图形介面(如图19)，各种不同的通知图像以及变化(如图20-21)。

图19：Google的GUI设计专利

 

 

图20：Google的GUI设计专利

 

 

图21：Google的GUI设计专利

 

 

接合及脱离自动驾驶方法及系统的发明与设计专利

2016年10月，Google和Waymo提出「接合及脱离自动驾驶」的发明专利申请，US 9663117发明专利是关于自动驾驶模式和手动驾驶模式之间的切换的方法(如图22左侧)。

说明书中记载，图8揭露了一系列萤幕图像810、820、830和840(如图22右侧)，可在电子显示器152上显示给驾驶员。这些萤幕图像可纠正所识别的问题条件所需的任务。例如，电脑110确定驾驶员应当且可校正这些预防条件中的每一项。预防条件包括车辆未处于「驾驶」状态，即自动雨刷器未打开，自动车灯未亮起，以及车辆未处于自动驾驶车道。因此，电脑已生成一组任务和相关联的萤幕图像810、820、830和840，这些任务和萤幕图像以特定顺序呈现。

图22：US 9663117发明专利中所揭露之图形介面

 

 

Google也将该发明专利中的预防条件任务的图形介面或图像提出设计专利申请，例如：显示各种预防条件任务和完成任务的图形介面(如图23-24)，各种不同任务的图像(如图25)。

图23：Google的GUI设计专利

 

 

图24：Google的GUI设计专利

 

 

图25：Google的GUI设计专利

 

 

Google和Waymo还提出其他与自动驾驶汽车相关的图形介面或图像的设计专利申请，例如：显示车辆在道路行驶的速度、位置、方向等的图形介面(如图26)，自动驾驶脱离、切换的图形介面以及不同变化的图像(如图27-28)。

图26：Google的GUI设计专利

 

 

图27：Google的GUI设计专利

 

 

图28：Google的GUI设计专利

 

 

结语

Google和Waymo除了申请发明专利保护自动驾驶相关的技术与方法，也致力于自动驾驶汽车的汽车外观、感测器外壳罩、车体维修零组件(包括车门、后行李箱门、前后车灯等)以及车内的相关配置、座椅、置物盒等硬体设施之设计保护，申请设计专利予以保护[6]。另外，对于自动驾驶使用的方法与系统所衍生出来的图形介面或电脑图像，也申请设计专利给予保护，截至2019年1月底，共有60件核准公告的电脑图像及GUI。

整体看来，Google对于自动驾驶相关的技术和软体的IP保护策略比较周延，比较像Apple在电子装置(手机与平板电脑)的专利申请与布局，不会只考虑申请发明专利而忽略了设计专利。

备注：

1、克劳斯•施瓦布(Klaus Schwab)德国工程师和经济学家，后加入瑞士籍。世界经济论坛创办人和执行董事长。 1938年3月30日出生在德国拉芬斯堡，先后在弗里堡大学拿到经济学博士学位，苏黎世联邦理工学院拿到工程师博士学位，哈佛大学约翰•F•肯尼迪政府学院拿到公共行政硕士学位。 1971年成立欧洲管理论坛，随着影响力的不断扩大，1987年改为世界经济论坛，定于每年的一月底在瑞士小镇达沃斯举行。

2、设备不再仅仅是可穿戴的，还能够被植入人体，发挥通讯、定位、行为监控及健康管理等功能。心律调整器及人工电子耳只是一个开始，愈来愈多的健康设备将会涌现而出。

3、参酌 https://newsroom.intel.com/news/autonomous-driving-hands-wheel-no-wheel-all/#gs.XnddDmGX的 “Autonomous Driving – Hands on the Wheel or No Wheel at All”网页整理的。

4、參酌 SAE International's On-Road Automated Vehicle Standards Committee 的 “Summary of Levels of Driving Automation for On-Road Vehicles”。

5、图片来源 Waymo Team的”Waymo Safety Report：On the Road to Fully Self-Driving”P.13，网址：https://storage.googleapis.com/sdc-prod/v1/safety-report/waymo-safety-report-2017.pdf。

6、截至2019年1月为止，与自驾车外观及车内硬体相关的设计专利已核准公告的共有26件。