我国动车组关键技术专利布局态势研究

　　摘要：随着我国动车组技术不断发展、科技创新能力不断进步，我国动车组技术在知识产权保护领域也面临着前所未有的机遇与挑战。研究动车组关键技术的专利布局态势，对指导我国动车组技术专利申请与布局，并有针对性地开展技术研发与科技创新具有重要意义。从专利总体申请趋势、关键技术分支分布、主要申请人、技术来源国分布、专利被引证情况等角度，对动车组关键技术在我国的专利布局态势开展研究，并对未来动车组关键技术的专利布局提出建议，为我国铁路企业制定合理的专利申请和布局策略提供参考，从而在未来的国际知识产权竞争中争取优势。

　　关键词：动车组;关键技术;专利布局

　　1概述

　　20世纪末以来，我国一直致力于研发高铁技术。到2004年，按照国家“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的要求，我国在坚持原始创新的基础上，引进、消化吸收、再创新，发挥后发优势，建立了具有我国自主知识产权和世界先进水平的高铁技术体系。2011年6月30日，京沪高铁正式开通运营，京沪高铁全长1318km，初期运营时速300km/h，是世界上一次建成线路里程最长、技术标准最高、商业运营速度最快的高铁，也是代表我国高铁成就的重大标志性项目。近年来，我国高铁技术发展迅速，已步入世界先进行列。

　　截至2021年底，我国高铁运营里程超过4万km，在“十三五”期间翻了近一番，稳居世界第一。我国已成为世界上高铁发展速度最快、运营里程最长、在建规模最大的国家。动车组是高铁系统的重要组成部分，中国铁道科学研究院集团有限公司(以下简称“铁科院”)牵头研究提出了动车组关键技术的技术条件和方案设计，在动车组的研究发展中发挥着重要作用。

　　动车组技术包括动车组总成、车体、转向架、牵引电机、牵引变压器、牵引变流器、牵引控制、列车网络控制系统和制动系统9大关键技术，以及车钩与缓冲装置、卫生间与集便装置、空调系统、座椅等10项配套技术。每个技术类别包含大量的技术分支与技术点。通过分析各项关键技术与配套技术的技术特点、适用条件与范围，以及这些领域的专利现状，归并以上技术分支和技术点，最终确定开展专利布局研究的动车组5大关键技术领域：车体、转向架、制动系统、牵引系统、列车网络控制系统。

　　随着我国动车组技术研发和科技创新的不断深入，在知识产权保护领域也面临前所未有的机遇与挑战。为此，针对我国动车组关键技术，开展专利检索与分析。这对于推动我国铁路企业有针对性地开展技术研发与科技创新、强化知识产权保护意识、指导我国动车组关键技术的专利申请及布局、加强我国动车组技术的知识产权管理工作具有重要意义。

　　围绕动车组5大关键技术领域——车体、转向架、制动系统、牵引系统、列车网络控制系统检索专利。检索策略采用动车组相关关键词以及与动车组关键技术相关的关键词组合构建检索式，或采用动车组相关的关键词与国际专利分类号(IPC分类号，特别是B61大类下的分类号)组合构建检索式，在专利名称和摘要中检索。专利数据来源基于智慧芽patSnap数据库，检索范围为已经公开/公告的中国发明、实用新型和外观设计专利，检索截至日期为2020年12月31日。围绕检索结果，从专利总体申请趋势、关键技术分支分布、主要申请人分析、技术来源国分布和专利被引证分析等方面，研究动车组关键技术的国内专利布局态势。

　　2专利布局态势分析

　　2.1专利总体申请量分析

　　根据专利检索结果可知，我国动车组关键技术领域的专利申请总量为5958件。将近20年我国动车组关键技术领域的专利申请量变化划分为以下3个发展阶段。第1阶段为2007年以前，缓慢发展期。这一阶段，动车组关键技术领域的专利年申请量在10件左右，2007年申请量有所增加，达到35件。1964年，全球首条高铁日本东海道新干线建成投入运营。1981年，法国高铁TGV开通巴黎至里昂线。

　　经过几十年发展，铁路领域发达国家在高铁和动车组技术方面积累了丰富的运营经验并申请了大量专利。我国自20世纪90年代开始致力于研发高铁技术，在2007年之前是我国动车组理论和技术的积累、起步阶段，专利申请量相应也较少。第2阶段为2008年至2011年，稳步发展期。这一阶段，动车组关键技术领域的专利申请量稳步增加，2008年的申请量由2007年的35件快速增长到123件，之后逐年增加，并在2011年达到峰值，为405件。

　　2004年后按照“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的要求，我国铁路在坚持原始创新的基础上，引进消化吸收再创新，原中国南车、中国北车，以及铁科院等铁路企业开始加大力度研究动车组技术，并于2008年8月1日开通运营我国第1条时速350km/h的高铁，即京津城际铁路。这一时期，我国动车组技术研发投入持续增加，专利申请量稳步增长。第3阶段为2012年至今，是高速发展期。

　　自2012年开始，原铁道部组织国内铁路企业、高校、科研院所等单位，产学研用紧密结合，协调创新，开展了时速350km/h中国标准动车组的研制工作，并组织铁科院等单位开展了知识产权挖掘与布局工作。同时，伴随着国家多项加强知识产权保护政策的出台和我国科技创新主体知识产权保护意识的加强，动车组关键技术领域的专利申请量快速增长，由2012年的311件急剧增长到2019年的914件(由于专利公开时间的滞后，2020年的申请量数据有较大偏差)。

　　2.2专利类型与专利有效性分析

　　通过分析我国动车组关键技术专利类型与专利有效性，可以了解当前我国动车组关键技术已获得专利权保护、已失去专利权保护或正在审查中的专利数量分布情况，整体上掌握专利的权利保护和潜在风险情况。发明专利申请量(2652件)及其占比(44.51%)低于实用新型;实用新型专利申请量为2921件，占比接近总申请量的50%;一定申请量的外观设计专利是和动车组车体、座椅、车头外型等的形状、图案或其结合相关的专利。整体来看，技术含量高、权利稳定性好的发明专利申请量及占比有待提高。

　　我国动车组关键技术发明专利中，有效专利993件(占比37.44%)，失效和在审专利1659件(占比62.56%);实用新型专利中，有效专利1963件(占比67.20%)，失效专利958件(占比32.80%);外观设计专利中，有效专利222件(占比57.66%)，失效专利163件(占比42.34%)。整体来看，有效发明专利(993件)相对专利申请总量占比(16.67%)较低。

　　2.3关键技术分支分布

　　在进行专利分类标引时，存在同一件专利标引至2个或多个技术分支的情况。通过分析技术分支分布，可以掌握研究对象覆盖的关键技术分支以及各技术分支的创新热度。涉及车体技术的专利申请量最多，明显超过其他技术分支，申请量占比超过总申请量的50%。

　　车体作为动车组的关键技术，既是容纳运输对象的载体，又是安装和连接列车其他零部件的结构，且包含了气动外型、座椅、空调装置等诸多技术。因此，受创新主体的关注程度较高，创新主体对车体技术的研发与创新最为活跃，体现在专利申请量上最多。动车组列车运行时速度较高，制动系统是实现列车高速、安全运行的保障。

　　因此，动车组生产企业非常重视制动系统技术改进，专利申请量较高。列车网络控制系统用于对动车组制动、转向架、车门等系统进行控制、监视和诊断，对动车组安全运行起着重要作用，专利申请量排在第3位。转向架、牵引系统技术趋于成熟，且突破技术瓶颈周期较长，二者的申请量略低。整体来看，转向架、制动系统、牵引系统和列车网络控制系统4个关键技术领域的专利申请量相差不大，创新主体对这些技术领域的关注度以及技术研发投入和专利布局较为均衡。

　　2.4主要申请人分析

　　通过对主要申请人的分析，可以发现创新成果积累较多的专利申请人，并据此进一步分析其专利竞争实力。动车组关键技术领域申请量排名前10的申请人中，申请量均在50件以上。其中，中车长春轨道客车股份有限公司(以下简称“长客股份”)、中车青岛四方机车车辆股份有限公司(以下简称“四方股份”)的申请量以明显优势排在前2位。长客股份和四方股份均为我国轨道交通装备研发、制造和服务的重要企业，是中国高速列车产业化基地。

　　长客股份拥有国家轨道客车系统集成工程技术研究中心、高速列车系统集成国家工程实验室、国家级企业技术中心等国家级技术创新平台，主要研发产品包括CR400BF型复兴号动车组、CRH380CL高速动车组、CRH380BG高寒动车组、京张高铁智能动车组等车型;四方股份拥有国家高速动车组总成工程技术研究中心、高速列车系统集成国家工程实验室、国家级工业设计中心等国家级研发试验机构，首列时速300km/h高速动车组、首列时速380km/h高速动车组、首列“复兴号”动车组均诞生于四方股份。

　　长客股份和四方股份在动车组技术领域雄厚的技术研发和制造实力，使其占据专利申请量前2名。铁科院以216件的申请量排在第3位。铁科院作为我国铁路唯一的多学科、多专业的综合性研究机构，多年来在动车组关键技术及产品自主创新、标准制定等方面作出了重要贡献。

　　同时，铁科院拥有高速铁路系统试验国家工程实验室、高速铁路轨道技术国家重点实验室、机车和动车组牵引与控制国家重点实验室等国家级实验室，以及中国标准动车组整车试验基地，铁科院在高铁领域的创新能力和核心竞争力，使其在动车组关键技术领域积累了大量的专利。中国国家铁路集团有限公司多数情况下作为共同申请人与铁科院或其他铁路企业共同申请专利。因此，其在动车组关键技术领域的专利申请量也较高，申请量排在第4位。

　　中车唐山机车车辆有限公司、西南交通大学的专利申请量位列第5位与第6位;中车青岛四方车辆研究所有限公司、中车株洲电力机车有限公司的申请量较上述单位下降较明显。吉林大学作为高校类申请人，在动车组关键技术领域也布局了一定专利量。北京交通大学、深圳沃海森科技有限公司的申请量并列第10位，通过专利具体技术内容分析可知，深圳沃海森科技有限公司申请量排进前10，因为其在动车组空调系统领域集中布局大量专利。通过对专利申请人类型构成的分析，可以明晰创新主体的类型，并为进一步找出在产业内影响力大的不同类型的创新主体提供依据。

　　企业类申请人数量远高于其他类型申请人，企业类申请人是动车组关键技术创新的中坚力量;大专院校类申请人数量、个人申请人数量高于科研单位类申请人数量，科研单位类申请人创新相对比较集中。在今后的科技创新活动中，科研单位和大专院校应进一步发挥自己的科研优势，在技术研发、专利保护等方面可考虑与企业充分合作，从而实现产学研良好结合，更好地推进我国动车组关键技术改进和专利布局工作。

　　2.5技术来源国/组织分布

　　对技术来源国的分析，主要研究技术主要来源于哪些国家/地区(专利优先权)，以了解该国家/地区的技术创新能力和活跃程度，也可以侧面反映出拥有该技术的主要申请人分布在哪些国家/地区。我国动车组关键技术来自国内的专利申请占比高达99.54%，只有极少数的专利技术来源于国外。

　　其中，技术来源为国外的专利涉及的申请人包括铁路赛跑者N.A.公司、西门子交通有限公司和克诺尔-布里姆斯轨道车辆系统有限公司、阿尔斯通股份有限公司、庞巴迪运输有限公司、韩国铁道技术研究院等企业。这说明虽然我国动车组关键技术的专利申请主要来源于国内，但世界知名的轨道交通企业在我国动车组关键技术领域已有少量的专利布局，我国作为高铁建设和高速动车组技术研发的新兴市场，已受到来自国外轨道交通领域重点申请人的关注。

　　2.6专利被引证分析

　　专利质量的评价指标主要有专利被引用频次、同族专利数量等。专利的被引用频次在一定程度上可以反映专利的质量和重要程度，同时可以深入了解行业的核心技术发展和研发方向。高频被引用专利(被引用频次为11~50次)数量很少，高频被引用专利相对总申请量(5958件)占比仅为2.57%。

　　这说明，一方面，动车组关键技术领域能被多次引用的高质量核心专利还比较少，在动车组关键技术领域应加强技术先进性较高的专利布局;另一方面，应从专利申请源头做起，提升申请人对申请高质量专利重要性的认识，提高专利文本撰写的质量，并通过专业的知识产权服务机构维护知识产权权利。分析被引用频次排名靠前的专利，可以掌握基础专利、高质量专利的专利申请人和专利技术分布情况，进而深入了解产业内的技术研发热点。

　　被引用频次排名前10的专利中，被引用频次均在30次以上，发明和实用新型专利各占5件，车体、转向架、制动系统、牵引系统、列车网络控制系统等关键技术均有涉及。

　　其中，实用新型专利“一种高铁座椅”的被引用频次最高，达到49次，其技术方案主要涉及高铁座椅安全性的改进，通过安装斜系式和水平系式安全带，可大大减少因意外事故所造成的人员伤亡，引用次数最高说明此专利为高铁座椅领域的基础专利，其他高铁座椅专利在其基础上改进创新;被引频次排在第3的为原南车青岛四方机车车辆股份有限公司申请的采取全新转向架构造、悬挂连接与牵引方式的高速动车组转向架。

　　值得注意的是，被引用频次排名前10的专利中，涉及制动系统关键技术的专利比较集中，分别是排名第6、第7、第8的专利;有3件专利的申请人为唐山轨道客车有限责任公司，分别为排名第5、第9、第10的实用新型专利，这说明唐山轨道客车有限责任公司和铁科院在动车组关键技术领域布局了较多质量较好、价值较高的专利;有2件专利申请人为铁科院，分别为排名第5和第8的实用新型专利“大功率牵引变流器”和“轮装制动盘装置”;有1件高校申请人申请的专利，涉及北京交通大学的列车网络控制技术。同时，可以看出，高铁座椅、制动装置、转向架等技术是国内企业在动车组关键技术领域的研究热点。

　　3建议

　　中国作为高速动车组技术领域的新兴市场，越来越受到世界各国的广泛关注。目前，中国铁路企业和动车组制造企业已在关键技术领域取得一系列重大突破，并有针对性地申请了一定数量专利。但是，仍存在知识产权保护意识薄弱，总体专利申请量和有效发明专利占比较低，转向架、制动系统等能体现核心竞争力的重大技术创新受制约因素较多且创新周期较长，专利布局不足，科研单位和大专院校等创新主体的科技创新参与程度较低，质量较高、价值较高的核心专利有待进一步布局等问题。针对这些问题，提出以下建议。

　　一是强化知识产权保护和管理意识，加强专利申请工作，提高关键技术专利储备量。随着具有自主知识产权的动车组关键技术创新产业链的形成和对动车组产品需求的增加，我国动车组技术研发和制造企业应将技术创新与知识产权发展相结合，持续加强专利申请工作，提高专利储备量，并建立企业知识产权激励、保护和预警机制等，以便在未来的知识产权竞争中争取优势。

　　二是鼓励国内铁路行业各创新主体协同创新，突破技术瓶颈并促进产学研结合。铁路行业的企业、科研单位和大专院校应根据自身主营业务和技术研发特点，充分发挥企业经营以及科研单位和大专院校的科研优势，加强合作与协同创新，加强核心技术攻关，促进产学研结合与成果转化，并将科技创新成果及时申请专利，尽快实现核心技术空白点的专利保护。

　　三是大力开展动车组技术专利导航，促进建立动车组关键技术专利专题数据库，加强关键技术的挖掘与储备。围绕动车组关键技术开展专利导航分析，收集和统计全球专利信息，能为高铁产业发展提供精准专利导航规划和核心专利挖掘，为铁路企业优化产业发展提供重要参考。通过建立关键技术专利数据库，能协助技术研发人员及时了解全球最新的动车组相关专利技术信息，充分掌握高铁行业技术发展情况，跟踪国内外专利申请和布局态势，为启发技术研发人员寻找最前沿的技术创新突破点，提高研发起点，提供强有力的信息数据支撑。

　　四是建立健全动车组关键技术专利布局策略，多培育质量较好、价值较高的专利。虽然我国动车组关键技术的专利申请人以国内申请人为主，但已有国外知名的轨道交通企业在国内布局相关专利，这值得引起重视。合理的专利布局对于提升企业核心竞争力，有效规避知识产权风险具有重要作用。

　　针对动车组关键技术领域，应根据技术和产品特点，有针对性地布局发明和实用新型专利，并在专利申请前开展预审查、可专利性分析，加大发明专利产出量，从源头提升专利创造质量，提高发明和实用新型授权率和授权后的权利稳定性;同时，鼓励创新主体从被引用频次、同族专利布局等角度加强高质量高价值专利的布局，以更好地推动我国动车组关键技术领域的科技创新和知识产权保护工作。

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　　作者：石建恒，夏洋，杨新贺