劉騰達(dá)，閆盼盼

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津 300304）

0 引言

車輛當(dāng)前已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞑豢扇鄙俚慕煌üぞ咧?，根?jù)換擋方式的不同車輛基本分為手動(dòng)擋車輛和自動(dòng)擋車輛。自動(dòng)擋車輛采用自動(dòng)變速器，由于其自動(dòng)換擋的優(yōu)勢(shì)，其普及程度越來(lái)越廣泛，其中自動(dòng)變速器的駐車擋是自動(dòng)變速器的重要組成部分，自動(dòng)變速器駐車擋通過(guò)對(duì)變速器輸出軸進(jìn)行鎖止，防止自動(dòng)變速器不期望的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的溜車控制。

當(dāng)前關(guān)于駐車擋技術(shù)研究的文獻(xiàn)或論文較多，朱恩強(qiáng)[1]從駐車擋結(jié)構(gòu)的受力分析，量化駐車結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)與性能之間的關(guān)系。孫印程[2]通過(guò)受力分析研究駐車機(jī)構(gòu)解鎖困難的問(wèn)題，并對(duì)參數(shù)優(yōu)化。柴召鵬[3]提出了通過(guò)重新布置結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化沖擊載荷的研究。陳華[4]研究設(shè)計(jì)了駐車機(jī)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行性能分析以提高安全性。孫哲[5]研究了駐車鎖止機(jī)構(gòu)的原理和功能分析。徐友良[6]研究了駐車機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系。宋錦[7]研究了自動(dòng)變速器駐車擋機(jī)構(gòu)性能以及可靠性分析。吳亞菲[8]研究了駐車制動(dòng)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)。王偉[9]研究了駐車系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)分析與計(jì)算。

從上述研究可知，當(dāng)前研究多集中在對(duì)駐車結(jié)構(gòu)的受力分析、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及調(diào)整，從這幾個(gè)方面對(duì)駐車擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。隨著國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)強(qiáng)國(guó)政策的實(shí)施和車輛技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)車企對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重視程度越來(lái)越高，同時(shí)也有越來(lái)越多的研究人員從專利角度揭示車輛行業(yè)技術(shù)的發(fā)展。何睿[10]從專利角度揭示汽車安全帶研究現(xiàn)狀。劉騰達(dá)[11]等從專利角度揭示了國(guó)內(nèi)外自動(dòng)變速器換擋技術(shù)研究熱點(diǎn)問(wèn)題。張華強(qiáng)等[12]從專利角度研究了駐車擋制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)。陳磊甲[13]從專利角度揭示比亞迪公司汽車專利總體發(fā)展趨勢(shì)以及重點(diǎn)IPC研究。蔣寶林[14]從專利角度研究了車用VOC材料在國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)情況。凌秋妮[15]等研究了混合動(dòng)力汽車離合器專利技術(shù)現(xiàn)狀。金琦等[16]研究了汽車領(lǐng)域?qū)＠V訟的應(yīng)對(duì)策略。

車輛駐車領(lǐng)域?qū)儆谲囕v換擋領(lǐng)域的小分類，從專利角度揭示其研究?jī)?nèi)容的并不多，而駐車擋技術(shù)又屬于車輛的一個(gè)重要技術(shù)分支。因此，本文通過(guò)中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)CNABS 中關(guān)于國(guó)內(nèi)外車輛自動(dòng)變速器駐車擋技術(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，從專利角度揭示當(dāng)前國(guó)內(nèi)外車輛自動(dòng)變速器駐車擋的研究熱點(diǎn)問(wèn)題，進(jìn)一步促進(jìn)國(guó)內(nèi)車輛企業(yè)掌握行業(yè)相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況，對(duì)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(dòng)變速器駐車擋技術(shù)

車輛自動(dòng)變速器駐車擋即車輛中常見(jiàn)的P 擋，其目的是為了讓自動(dòng)擋車輛與手動(dòng)擋車輛一樣可以通過(guò)擋位控制來(lái)限制車輛移動(dòng)。P擋主要由一個(gè)鎖止棘輪和一個(gè)鎖止機(jī)構(gòu)組成，鎖止機(jī)構(gòu)與鎖止齒輪結(jié)合就可以直接固定與車輪相連的變速箱輸出軸，實(shí)現(xiàn)車輛鎖止，這是當(dāng)前自動(dòng)變速器駐車擋實(shí)現(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)。

根據(jù)駐車鎖止棘輪的布置位置的不同，駐車鎖止技術(shù)可分為鎖止差速器式P 擋駐車機(jī)構(gòu)和鎖止變速器輸出軸式P 擋駐車機(jī)構(gòu)。根據(jù)驅(qū)動(dòng)棘爪扣入棘輪的方式不同，可以分為機(jī)械式P 擋駐車機(jī)構(gòu)、電動(dòng)式P 擋駐車機(jī)構(gòu)與液壓式P 擋駐車機(jī)構(gòu)。以駐車回位彈簧類型為判斷依據(jù)，將其分為螺旋彈簧回位式和扭簧回位式P 擋駐車機(jī)構(gòu)；根據(jù)預(yù)緊彈簧類型的不同，將其分為螺旋彈簧預(yù)緊式P 擋駐車機(jī)構(gòu)和扭簧預(yù)緊式P擋駐車機(jī)構(gòu)[7]。

上述對(duì)駐車機(jī)構(gòu)分類實(shí)質(zhì)上可以歸結(jié)為兩類，即手動(dòng)機(jī)械駐車和自動(dòng)電子駐車。手動(dòng)機(jī)械駐車是指通過(guò)駕駛員的手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)變速器的鎖止，通過(guò)駐車手柄的操作帶動(dòng)駕駛室內(nèi)底部機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)作將鎖止機(jī)構(gòu)與鎖止棘輪進(jìn)行結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)鎖止。自動(dòng)電子駐車是駕駛員控制旋鈕、按鈕或撥桿的動(dòng)作或者根據(jù)車輛行駛狀態(tài)的判定，在傳感器檢測(cè)到上述動(dòng)作之后，將信號(hào)傳遞給控制器，控制器發(fā)出指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括液壓或電動(dòng)的方式帶動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速器的鎖止。無(wú)論是手動(dòng)機(jī)械駐車鎖止還是自動(dòng)電子駐車鎖止，其最終目的均是通過(guò)鎖止機(jī)構(gòu)的動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)棘輪的鎖止，其區(qū)別在于具體的技術(shù)實(shí)施方式不同。

目前關(guān)于駐車結(jié)構(gòu)多是以杠桿驅(qū)動(dòng)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)棘爪與棘輪的配合，棘爪的一端與棘輪的凹槽相互對(duì)應(yīng)，棘爪的另一端通過(guò)推桿的推動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，推桿常見(jiàn)的設(shè)置為錐形面與圓柱形配合的結(jié)構(gòu)，在棘爪與推桿的錐面配合時(shí)車輛位于其他位，當(dāng)位于駐車擋時(shí)棘爪與推桿圓柱面配合從而實(shí)現(xiàn)棘爪的另一端卡入棘輪凹槽中，實(shí)現(xiàn)鎖止。同時(shí)在棘爪的中間位置或端部設(shè)置復(fù)位彈簧，以防止棘爪的意外鎖止或無(wú)法復(fù)位情況的出現(xiàn)。

駐車結(jié)構(gòu)的上述構(gòu)造，造成其對(duì)零件安裝布置需要一定的空間，其推桿以及棘爪會(huì)占用較大的軸向空間，同時(shí)容易受到其他結(jié)構(gòu)的干涉，還會(huì)對(duì)變速器內(nèi)部布局造成一定的影響，安裝難度大。另外復(fù)位彈簧長(zhǎng)時(shí)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(xiàn)無(wú)法掛擋、脫擋等問(wèn)題。另外駐車結(jié)構(gòu)棘爪的力臂設(shè)計(jì)不合理，會(huì)造成駐車操作力感的不同，加速零部件的損壞。另外關(guān)于驅(qū)動(dòng)方式和驅(qū)動(dòng)件，傳統(tǒng)車輛常見(jiàn)的是手動(dòng)驅(qū)動(dòng)駐車手柄從而實(shí)現(xiàn)駐車鎖止。隨著電控技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的車輛采用電動(dòng)或液壓控制，通過(guò)電機(jī)或液壓泵設(shè)備來(lái)驅(qū)動(dòng)棘爪的動(dòng)作，自動(dòng)變速器的駐車擋系統(tǒng)采用了電控液控等技術(shù)的情況下，一方面也增加了控制系統(tǒng)的要求，將駐車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改善轉(zhuǎn)變?yōu)槌绦蚩刂频膯?wèn)題。另一方面驅(qū)動(dòng)方式的不同與驅(qū)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)件是端頭錐形與圓柱配合的推桿結(jié)構(gòu)，同時(shí)出現(xiàn)了凸輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，其將擋位的位置對(duì)應(yīng)分布到凸輪中，在凸輪凸起的位置設(shè)置為駐車擋位置。

2 國(guó)內(nèi)外車輛自動(dòng)變速器駐車擋研究熱點(diǎn)

車輛自動(dòng)變速器駐車技術(shù)主要涉及駐車結(jié)構(gòu)，駐車方式以及驅(qū)動(dòng)件3個(gè)方面[12]。在專利申請(qǐng)中根據(jù)IPC分類原則，車輛自動(dòng)變速器駐車內(nèi)容主要分布在F16H63/34 分類號(hào)內(nèi)，內(nèi)容為傳動(dòng)部件的鎖住或截止機(jī)構(gòu)。中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)CNABS中在該分類號(hào)中共涉及1 944篇專利，同時(shí)由于車輛行車擋以及倒車擋也涉及相關(guān)鎖止結(jié)構(gòu)，因此，通過(guò)檢索式將行車鎖止、倒車鎖止相關(guān)專利申請(qǐng)篩除后共757篇，并篩選出國(guó)內(nèi)外在行業(yè)內(nèi)具有一定影響力的企業(yè)專利申請(qǐng)研究問(wèn)題進(jìn)行分析。

2.1 國(guó)外研究熱點(diǎn)

國(guó)外車企關(guān)于車輛自動(dòng)變速器駐車擋相關(guān)技術(shù)專利申請(qǐng)量如圖1所示。從圖中可知國(guó)外車企中豐田汽車和本田汽車在申請(qǐng)量排位靠前，其次是福特汽車、愛(ài)信艾達(dá)株式會(huì)社以及通用、奧迪。其中日本和美國(guó)的申請(qǐng)占據(jù)了大部分，這與其深厚的汽車工業(yè)基礎(chǔ)有直接關(guān)系。

圖1 國(guó)外車企駐車擋技術(shù)專利申請(qǐng)量

在豐田汽車的上述專利申請(qǐng)內(nèi)容中，其專利較多的集中在車輛實(shí)際使用中出現(xiàn)的問(wèn)題研究中。專利CN101568455A中提出在針對(duì)線控?fù)Q擋方式駐車結(jié)構(gòu)中，利用傳感器檢測(cè)駕駛員的動(dòng)作從而實(shí)施駐車動(dòng)作，但是從接收到將解鎖狀態(tài)的駐車結(jié)構(gòu)切換為鎖止?fàn)顟B(tài)的指令，其存在時(shí)間上的滯后性，從而導(dǎo)致車輛可能的偏移。專利CN102362104A中提出在車輛自動(dòng)斷電的情況下車輛自動(dòng)進(jìn)入駐車，從而使得駕駛員的擋位操作不被允許，出現(xiàn)與駕駛員期望相反的情況。專利CN101678765A、CN101657660A 中提出利用電動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)駐車擋驅(qū)動(dòng)，不需要機(jī)械的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省空間，但是由于采用的是傳感器檢測(cè)控制技術(shù)，在傳感器發(fā)生故障的情況下，無(wú)法根據(jù)不同的情況來(lái)解除駐車鎖止，電磁閥失效問(wèn)題以及在電動(dòng)駐車出現(xiàn)故障的情況下，通過(guò)手動(dòng)方式強(qiáng)行解除鎖止的方案。專利CN101301887A提出對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)駐車結(jié)構(gòu)的電磁驅(qū)動(dòng)器的電流大小變化進(jìn)行的改進(jìn)，從而提高電控的可靠性。同時(shí)豐田汽車少部分專利涉及駐車結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)解決振動(dòng)、空間安裝以及穩(wěn)定性問(wèn)題，如專利CN110194133A中提出一種駐車結(jié)構(gòu)，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?jī)?nèi)容與豐田汽車較為相似，較多的專利集中在對(duì)駐車實(shí)際中可能遇到的問(wèn)題的研究中，專利CN104755337A 中提出在線控駐車擋結(jié)構(gòu)中由于時(shí)間的滯后性，以及駕駛員忘記踩腳剎，導(dǎo)致車輛在坡道中更容易溜車的問(wèn)題，以及駐車齒輪易被彈開(kāi)的問(wèn)題。專利CN104842972A中提出在車輛坡道駐車后再啟動(dòng)時(shí)由于車重施加在輸出軸上導(dǎo)致產(chǎn)生扭矩，從而不利于再啟動(dòng)時(shí)同步嚙合結(jié)構(gòu)的動(dòng)力。另外涉及其他問(wèn)題的研究，例如專利CN107061708A中提出車輛動(dòng)力恢復(fù)與駐車擋位切換時(shí)機(jī)的重合性，導(dǎo)致扭矩恢復(fù)產(chǎn)生慣性力作用于駐車機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生的沖擊、噪聲問(wèn)題。

通用汽車專利申請(qǐng)中主要集中在對(duì)駐車控制方法的改進(jìn)，由于變速器與駐車擋聯(lián)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(tǒng)，通過(guò)液壓油路的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛駐車擋位與其他擋位的整體控制。而關(guān)于駐車擋結(jié)構(gòu)專利中如CN209839138U、CN106351989A 主要解決駐車驅(qū)動(dòng)件布局方式、占用空間大、噪聲、耐久性、成本高等問(wèn)題。福特汽車與通用汽車專利內(nèi)容相似，其研究的問(wèn)題多集中在從駕駛員本身角度出發(fā)的角度，如專利CN103711888A 提出的駐車解鎖時(shí)產(chǎn)生的噪音問(wèn)題。專利CN103968066A中提出解除駐車需要較大力量的問(wèn)題。以及專利CN108068790A中減少噪聲、振動(dòng)和粗糙性的問(wèn)題。同時(shí)涉及具體結(jié)構(gòu)如專利CN206522437U、CN207080589U 中復(fù)位彈簧結(jié)構(gòu)安裝問(wèn)題。

2.2 國(guó)內(nèi)研究熱點(diǎn)

國(guó)內(nèi)關(guān)于車輛自動(dòng)變速器駐車擋專利申請(qǐng)量如圖2 所示，從圖中可知吉利汽車、長(zhǎng)城汽車、一汽、北京新能源以及比亞迪汽車申請(qǐng)量排位靠前，且均為自主品牌汽車，這與我國(guó)汽車技術(shù)近年的快速發(fā)展有直接關(guān)系。

圖2 國(guó)內(nèi)車企駐車擋技術(shù)專利申請(qǐng)量

在吉利汽車的36 項(xiàng)專利申請(qǐng)中，關(guān)于方法的只有專利CN110271519U一項(xiàng)，其涉及車輛熄火后忘記掛入駐車擋的問(wèn)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(duì)駐車零件高強(qiáng)度的要求，同時(shí)在受到?jīng)_擊載荷較大的情況下，容易導(dǎo)致意外駐車或脫擋。專利CN102121532A、CN201944250U 提出駐車結(jié)構(gòu)安裝空間大的問(wèn)題。專利CN209818718U、CN101907169A提出解決駐車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、耐用性問(wèn)題。綜合可知吉利汽車專利大部分集中在對(duì)駐車擋零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，解決的問(wèn)題集中在零件的耐用性、節(jié)省空間以及駐車擋順利掛入或解除。

在長(zhǎng)城汽車駐車專利中解決的問(wèn)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(wú)法順利脫擋問(wèn)題。專利CN201982641U、CN104455401A 提出彈簧在惡劣工況下由于扭矩過(guò)大導(dǎo)致彈簧失效從而造成駐車擋卡死失效問(wèn)題。專利CN201982642U、CN202082381U、CN205001503U提出采用復(fù)雜的駐車驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)力傳輸路線復(fù)雜，故障率高、空間占用大問(wèn)題。長(zhǎng)城汽車專利也是較多地集中在對(duì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，其涉及方法的只有專利CN103195922A，涉及坡道溜車技術(shù)，且技術(shù)方案不涉及自動(dòng)變速器駐車擋內(nèi)容。

在北汽新能源專利申請(qǐng)中有8 項(xiàng)專利是同一技術(shù)方案，CN107725765A、CN107859739A、CN207569181U 等分別保護(hù)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(wèn)題。且整個(gè)申請(qǐng)中不涉及方法的改進(jìn)。

一汽專利中則集中的涉及對(duì)駐車零件的改進(jìn)，如專利CN203395166U 對(duì)駐車板簧的改進(jìn)， CN20339516U、CN203770622U 對(duì)駐車?yán)瓧U總成的改進(jìn)，CN203770621U 對(duì)棘爪總成的改進(jìn)。同時(shí)其他專利較為集中地解決空間占用問(wèn)題。其涉及方法的專利有CN110778705A，涉及減小駐車解除時(shí)產(chǎn)生的沖擊感。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以國(guó)內(nèi)外車輛行業(yè)主要車企在駐車擋專利申請(qǐng)作為切入點(diǎn)，通過(guò)在中文專利數(shù)據(jù)庫(kù)CNABS中檢索其相關(guān)數(shù)據(jù)得到其專利申請(qǐng)量，對(duì)重要車企專利申請(qǐng)研究?jī)?nèi)容作出分析，確定其專利研究熱點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)該熱點(diǎn)問(wèn)題的總結(jié)分析，可知當(dāng)前駐車擋領(lǐng)域中較多的研究熱點(diǎn)問(wèn)題集中在于對(duì)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(wèn)題。針對(duì)該類問(wèn)題國(guó)內(nèi)外在專利申請(qǐng)中分別通過(guò)不同的側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行解決。國(guó)外車企更多是通過(guò)檢測(cè)與控制的方法來(lái)改善上述問(wèn)題。而國(guó)內(nèi)車企則更多的是通過(guò)對(duì)駐車擋的布置或結(jié)構(gòu)改善來(lái)解決上述問(wèn)題。這一點(diǎn)不僅僅在駐車擋結(jié)構(gòu)中得到了體現(xiàn)，同時(shí)在自動(dòng)變速器的換擋領(lǐng)域中也存在同樣的情況。該類情況的出現(xiàn)一方面是由于國(guó)內(nèi)外車輛發(fā)展水平的不同，國(guó)外車輛發(fā)展時(shí)間久遠(yuǎn)，基礎(chǔ)技術(shù)儲(chǔ)備較強(qiáng)，同時(shí)隨著物聯(lián)網(wǎng)以及無(wú)人駕駛技術(shù)的迅猛發(fā)展，其研究更多地集中在集成控制的方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)近年的發(fā)展，特別是加工制造業(yè)的發(fā)展有助于國(guó)內(nèi)車企在設(shè)計(jì)制造中通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)解決問(wèn)題。另一方面，由于駐車擋屬于自動(dòng)變速器內(nèi)部的重要組成部分，在自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)基本保持大體不變的情況下，國(guó)外對(duì)駐車擋的改進(jìn)越來(lái)越多地趨向于對(duì)自動(dòng)變速器的控制，即通過(guò)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。而國(guó)內(nèi)在自動(dòng)變速器的研究中本身就較多地集中在變速器的整體結(jié)構(gòu)改進(jìn)中，即通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)改善駐車擋技術(shù)問(wèn)題。