王夕雯

關(guān)鍵詞： 軌道車輛門系統(tǒng) 鎖閉技術(shù) 專利分析 技術(shù)路線

中圖分類號： TU74 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0234-04

常見的軌道車輛有高速列車、干線列車、城軌列車等，其中，高速列車的運行速度普遍在200 km/h 以上，最高可達350 km/h［1］。列車車門的結(jié)構(gòu)與控制在設(shè)計上必須安全可靠，否則將會影響正線運營［2］，而鎖閉機構(gòu)是車門的重要組成部分，用來保障車門在行駛中不會突然打開，直接關(guān)系到軌道交通運營安全。目前，軌道車輛自動門鎖閉方式的分類按照是否有附加驅(qū)動源，分為有源鎖閉和無源鎖閉，而按照鎖閉位置可分為端部鎖閉和全程鎖閉。鎖結(jié)構(gòu)主要有電磁閥、機械鎖、電機擺動鎖、單向超越離合器鎖等。

1 車門鎖閉技術(shù)專利申請分析

1.1 全球?qū)＠暾堏厔莘治?/p>

截至2022 年12 月，檢索到全球范圍內(nèi)鎖閉技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)公開的專利申請為1 700 余件，其中一些2021年和2022 年提交的部分專利由于公開滯后性可能存在尚未公開的情況。因此，本文的專利分析基于已經(jīng)公開的1 700 余件專利申請。

圖1 顯示了近20 年鎖閉技術(shù)全球?qū)＠暾埩康哪甓茸兓闆r。從圖中可以看出，1999—2003 年間，鎖閉技術(shù)每年的申請量在100 件以下，每年申請量波動較大。2004—2009 年間，世界的軌道交通在新世紀交匯期間迅速發(fā)展，相關(guān)專利布局也在不斷完善。2008—2009 年可能是受金融危機的影響，申請量持續(xù)在低位徘徊。2010 年以后，隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展，各國對軌道交通的需求有所增加。以中國為例，中國國內(nèi)各省市加快了軌道交通的建設(shè)，涌現(xiàn)出很多企業(yè)開始嘗試布局相關(guān)專利。因此，從整體趨勢來看，申請量一直維持在相對穩(wěn)定的位置（近2 年數(shù)據(jù)不完整）。

1.2 首次申請國/地區(qū)分析

從首次申請國分布來看（如圖2 所示），來源于日本的專利申請數(shù)量最多，這在一定程度上也體現(xiàn)了日本在鎖閉技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)實力處于領(lǐng)先地位。其次是來源于中國和美國的專利申請，體現(xiàn)了這兩個國家在鎖閉技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)實力較強。此外，法國、奧地利、韓國和德國的原創(chuàng)專利數(shù)量排名也相對靠前。總體來看，鎖閉技術(shù)來源國分布相對較為廣泛。

1.3 目標市場國/地區(qū)分析

在專利分析過程中，目標市場是以公開號中提取的國別代碼進行統(tǒng)計的，其反映的是該區(qū)域的受關(guān)注程度。通過目標市場國/地區(qū)分析，可以了解該區(qū)域是作為哪些技術(shù)的目標市場，是哪些市場主體的目標市場。

圖3 顯示了鎖閉技術(shù)專利目標市場的分布情況。從中可以發(fā)現(xiàn)，中國已經(jīng)成為最大的目標市場，總體布局量已超過300 件。日本、歐洲、美國和韓國是另外幾個申請人愿意布局的國家和地區(qū)。PCT 專利申請受理量較少，這說明在鎖閉技術(shù)領(lǐng)域各申請人國際化意識比較薄弱，需要進一步加強全球?qū)＠季帧？傮w來看，鎖閉技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠季值氖袌鱿鄬^為分散，在全球約40 多個國家和地區(qū)均有鎖閉技術(shù)的專利布局。

2 五局流向分析

為了進一步了解重要目標市場的專利來源情況，本文進行了五局流向分析。五局流向是分析全球最重要的五大專利局：中國、歐洲、美國、日本和韓國受理專利的情況，以及其受理專利的主要技術(shù)來源。根據(jù)圖4 可知，在五大局受理的專利案件中，對于中國市場，中國進行了大量的專利布局，并且中國在歐洲、日本、韓國和美國均有一定量的專利布局。日本也進行了大量的專利布局，主要在本國進行大量的專利布局。而對于其他三大專利局市場，也均在本國或本地區(qū)進行了大量的專利布局。

3 重要申請人技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)分析

本文針對軌道交通門系統(tǒng)鎖閉技術(shù)較為典型的3家重要申請人，分別從專利同族數(shù)、被引用次數(shù)，結(jié)合實際產(chǎn)品篩選出其重點專利，并進行解讀，進一步分析重要申請人鎖閉技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)。

3.1 康尼機電

康尼機電在2006 年首創(chuàng)了一種無源螺旋門機鎖閉機構(gòu)（CN100348832C）（簡稱LS 鎖閉技術(shù)），利用變升角螺桿自身的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)自適應螺母的鎖閉與自解鎖。該鎖閉機構(gòu)既簡單，又能滿足較高的鎖閉可靠性［3］?？的釞C電于2006 年、2012 年、2013 年分別圍繞無源螺旋門機鎖閉機構(gòu)的關(guān)鍵零部件及其改進技術(shù)等進行了相關(guān)專利布局（WO2008046294A1、CN103726736B、CN202559894U），先后應用在動車組和地鐵上［4］。為了解決全程鎖閉結(jié)構(gòu)復雜的問題，2010 年康尼機電提出了軌道車輛門系統(tǒng)螺旋傳動的全程鎖閉裝置（CN101942946B），其結(jié)構(gòu)主要包括主動軸、端齒盤、端齒軸、撥盤、單向軸承、過渡軸套、從動軸、軸套、扭簧支架，能夠?qū)崿F(xiàn)主動端正反傳遞力到動端，再從動端僅單向傳遞動力到主動端，最終實現(xiàn)全程鎖閉。該結(jié)構(gòu)簡單，但安全性高。而后為了解決過死點鎖閉結(jié)構(gòu)復雜、空間占用大等問題，2014 年康尼機電提出一種用于門系統(tǒng)的過死點鎖閉裝置（CN104234546B），利用與驅(qū)動軸套接的螺母套的正反轉(zhuǎn)帶動鉸鏈傳動架的正反轉(zhuǎn)時分別進入過死點狀態(tài)和出過死點狀態(tài)，實現(xiàn)自動鎖閉和解鎖。該結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、輕便、免維護且成本低。在LS 鎖閉技術(shù)基礎(chǔ)上又進行了改進，康尼機電于2016年提出了一種螺旋驅(qū)動控制系統(tǒng)（WO2017124579A1）（簡稱外置LS 鎖閉技術(shù)），巧妙地利用鎖閉滑道與螺母上鎖閉輪的配合，通過鎖閉輪與鎖閉滑道位置關(guān)系的變化，將螺母的螺旋運動分解為沿螺桿軸向的直線移動和垂直于螺桿軸向的轉(zhuǎn)動，通過變換螺母運動自由度實現(xiàn)鎖閉與解鎖。該鎖閉結(jié)構(gòu)簡單可靠且占用空間?。?］。2021 年康尼機電提出一種門系統(tǒng)多點鎖閉機構(gòu)（WO2022205591A1），利用驅(qū)動機構(gòu)在旋轉(zhuǎn)鎖閉和解鎖階段產(chǎn)生的位移來控制門系統(tǒng)側(cè)面鎖閉裝置鎖閉和解鎖，使門系統(tǒng)具有多點約束，鎖閉效果好，并且側(cè)面鎖閉裝置鎖閉和解鎖動作在門扇關(guān)閉后和開門前進行，無運動干涉風險，鎖閉可靠［6］。

由此可見，無源鎖閉技術(shù)領(lǐng)域是該公司的研發(fā)側(cè)重點，具有代表性的無源鎖閉技術(shù)包括LS 鎖閉技術(shù)、全程鎖閉技術(shù)、過死點鎖閉技術(shù)和外置LS 鎖閉技術(shù)。

3.2 納博特斯克

納博特斯克在有源和無源鎖閉技術(shù)領(lǐng)域皆有研究，且都布局了重點專利。

3.2.1 有源鎖閉

納博特斯克在2002 年提出了一種車門的鎖定控制方法以及鎖定裝置（CN1415834A），即使用鎖定機構(gòu)進行車門的鎖定控制，以彈簧的彈力將鎖定切換銷栓彈壓向鎖定位置一側(cè)，且通過對螺線管的電力供給將鎖定切換銷栓切換到非鎖定位置，這樣能夠防止車輛行駛過程中門鎖的開啟，從而提高車門安全性。2012年，納博特斯克提出了一種帶有鎖定功能的開閉裝置（CN103415670A），該開閉裝置能夠利用單一的驅(qū)動器進行拉門的開啟與關(guān)閉鎖定，且能夠任意地設(shè)定鎖定動作的時間。2021 年，納博特斯克提出一種門開閉裝置（CN115195795A），采用一個螺紋構(gòu)件的前進力借助傳遞構(gòu)件和連結(jié)構(gòu)件向解鎖部傳遞，從而解除門的鎖定，在利用解鎖部解除了門的鎖定之后，能夠借助一個螺紋構(gòu)件和另一個螺紋構(gòu)件向旋轉(zhuǎn)軸傳遞輸出軸的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)鎖閉和解鎖，提高了驅(qū)動源的選擇自由度和配置自由度［7］。

3.2.2 無源鎖閉

納博特斯克在2007 年提出了一種塞拉門裝置（US9797171B2）。該塞拉門裝置還包括能夠在上述車門的關(guān)閉位置進行鎖定以限制該車門的移動的鎖定機構(gòu)，即利用行星齒輪機構(gòu)驅(qū)動鎖定機構(gòu)。2015 年，納博特斯克提出了一種塞拉門開閉裝置和塞拉門設(shè)備（JP6346835B2）。該塞拉門開閉裝置包括鎖定機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和門支撐機構(gòu)。該鎖定機構(gòu)配置于車輛門的上部和/或下部，門支撐機構(gòu)連接到鎖定機構(gòu)并且支撐門，當完全關(guān)閉的門從解鎖狀態(tài)向鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，門支撐機構(gòu)被適配成保持所述門，并且阻止門的上部和下部中沒有鎖定機構(gòu)的另一方向車輛寬度方向上的外側(cè)移位。2018 年，納博特斯克提出了鎖定裝置和具備鎖定裝置的門驅(qū)動單元（CN110905334B），采用旋轉(zhuǎn)體上設(shè)有凸輪，凸輪根據(jù)門扇的旋轉(zhuǎn)位置啟用或禁用門扇在開口寬度方向上的運動實現(xiàn)鎖閉［8］。

3.3 法維萊

近年來，法維萊公司在鎖閉技術(shù)方面總計申請了60 余件較為相關(guān)的專利，其鎖閉技術(shù)發(fā)展情況如下。

3.3.1 有源鎖閉

2000 年，法維萊公司提出了一種用于鎖定滑動門的打開和關(guān)閉裝置（WO2000053875A1），通過適當?shù)膫鲃友b置和線性電動機，使門平行于其自身的平面并垂直地移動實現(xiàn)鎖定。該結(jié)構(gòu)能夠提高車身與門的密封性，并且在打開和關(guān)閉操作中不會損壞這些傳動裝置［9］。2017 年，法維萊提出了一種自動門鎖緊與解鎖裝置（CN107916834B），關(guān)門時撞銷撞動定位凸輪，定位凸輪撞動鎖鉤的凸起，從而帶動鎖鉤轉(zhuǎn)動，鎖鉤卡住鎖銷實現(xiàn)鎖閉，提升自動門鎖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性［10］。

3.3.2 無源鎖閉

法維萊公司早在1978 年就提出了一種門的鎖定裝置（US4198786），公布了螺母外置滾輪鎖閉技術(shù)，通過滾輪在90°彎道落槽實現(xiàn)鎖閉，該鎖閉結(jié)構(gòu)緊湊、高效且成本較低［11］。而上述鎖閉技術(shù)無法實現(xiàn)預期解鎖的問題，為了進一步解決上述問題，法維萊公司在1990 年提出一種可逆螺紋和螺母制動裝置（US5077938A）。這個裝置利用螺母轉(zhuǎn)動進入滑槽實現(xiàn)鎖閉。1997 年9 月，法維萊提出了一種用于鎖定門的電動裝置（FR2768683B1），其利用門驅(qū)動馬達的定子傾斜以接合或釋放鎖。2002 年法維萊提出一種減小尺寸的電動門鎖定裝置（CN1303305C），采用機擺電機鎖閉點前移以減小機構(gòu)長度［12］。該專利技術(shù)是法維萊公司典型的移門鎖閉結(jié)構(gòu)，簡單實用。

由此可見，法維萊的研發(fā)重點聚焦于無源鎖閉方面，通過分離螺母等機械設(shè)計以達到門鎖閉的研究在21 世紀早期就較為成熟。同時，在有源鎖閉方面，其主要利用線性電機實現(xiàn)門的鎖閉。

4 總結(jié)與展望

（1）近20 年來，軌道車輛門鎖閉技術(shù)已形成了較為穩(wěn)定的發(fā)展趨勢，日本、美國、中國在鎖閉技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)實力較強。

（2）中國已經(jīng)成為最大的目標市場，日本、歐洲、美國和韓國是另外幾個申請人愿意布局的國家和地區(qū)。PCT 專利申請受理量不多，鎖閉技術(shù)領(lǐng)域各申請人需要進一步加強全球?qū)＠季帧?/p>

（3）在軌道車輛門鎖閉技術(shù)領(lǐng)域，主要申請人依據(jù)各自結(jié)構(gòu)特點演化出不同的鎖閉形式以適應各自的承載驅(qū)動機構(gòu)，并且高可靠性和高安全性依然是鎖閉技術(shù)未來發(fā)展的核心需要。同時，鎖閉機構(gòu)小型化和輕量化也是未來的重要發(fā)展方向。