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用于电驱动车辆的电子稳定性控制系统

阅读:460发布:2023-03-08

专利汇可以提供用于电驱动车辆的电子稳定性控制系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于电 力 驱动车辆的 电子 稳定性 控制系统,所述车辆具有通过 差速器 将 扭矩 提供给车轴的电动牵引 马 达。牵引马达通过开始减小提供给牵引 车轮 的扭矩来响应于由车辆上 传感器 感测到的不稳定事件,以恢复转向控制。然后牵引马达随着 制动 力的施加依次脉冲地产生增加扭矩,以提供加强的直接的横摆力矩控制。,下面是用于电驱动车辆的电子稳定性控制系统专利的具体信息内容。

1.一种用于车辆的稳定性控制系统,包括:
多个传感器,检测车辆中的转向控制损失并产生不稳定事件信号
控制器,被配置为接收不稳定事件信号并将信号提供给电动马达,以改变由电动马达提供给牵引车轮扭矩
2.如权利要求1所述的稳定性控制系统,其中,所述马达控制器将由电动马达提供给牵引车轮的扭矩减小,以恢复转向控制。
3.如权利要求2所述的稳定性控制系统,还包括选择性地将扭矩提供给牵引车轮的内燃发动机,其中,发动机控制器被配置为与马达控制器将由电动马达提供给牵引车轮的扭矩减小到负平相结合地将由内燃发动机提供的扭矩减小。
4.如权利要求1所述的稳定性控制系统,其中,制动控制器被配置为接收不稳定事件信号,并将信号提供给车辆的制动器,以将制动施加到车辆的第一侧的制动车轮上,其中,由马达控制器提供的信号增加提供给车辆的第二侧的牵引车轮上的扭矩,并且与将制动力施加给制动车轮的制动器协作,从而提供增加的直接横摆力矩控制。
5.如权利要求4所述的稳定性控制系统,其中,给制动器的信号和给电动马达的信号按照协调的时间顺序提供。
6.如权利要求5所述的稳定性控制系统,其中,所述协调的时间顺序是同步的。

说明书全文

用于电驱动车辆的电子稳定性控制系统

技术领域

[0001] 所公开的构思涉及一种电子控制系统,该电子控制系统通过使车辆打滑(spin)趋势最小化来增加车辆的稳定性。通过应用制动器并且还利用包括电动达的动力传动系统的快速响应能力提供横摆率控制来避免潜在的转向控制损失。

背景技术

[0002] 当传统的电子稳定性控制系统检测到转向控制损失时,制动器被自动应用,以协助车辆的转向。制动力被单独地施加到车轮,诸如施加到外前轮以应对转向过度,或者施加到内后轮以应对转向不足。电子稳定性控制系统也可以降低发动机动力,直到恢复控制。
[0003] 主动制动系统(active lateral braking system)或差速制动系统将不同的制动力施加给车辆的四个车轮中的每个车轮以在左车轮和右车轮之间产生不同的制动力。
[0004] 参照图1a,示出了主动制动系统的一个示例。动力传动系统10包括牵引发动机或牵引马达12,牵引发动机或牵引马达12利用提供给开放式差速器16的扭矩2τd驱动驱动轴14。右车轮18被右车轴20驱动,右车轴20将扭矩τd提供给右车轮18以将速度ωR赋予右车轮18。左车轮24被左车轴26驱动,左车轴26将扭矩τd提供给左车轮24以将角速度ωL赋予左车轮24。示出了制动力τb被施加到左车轮24,以进行电子稳定性控制。
[0005] 参照图1b,示出了车辆30转向过度的情形。车辆在转向过度的路径x上行驶,但期望车辆按照期望的路径y行驶。示出了电子稳定性控制系统将制动力τb施加给右前轮以产生横摆力矩(如箭头m所示)。在宽范围的车辆操作条件下,施加的制动力的差异会产生横摆力矩。提供给外侧车轮的总的扭矩分配被限制到从马达传递的扭矩的50%。
[0006] 如下面所总结的,通过公开的系统解决上述系统的问题和缺点。发明内容
[0007] 根据所公开的系统的一个方面,通过将制动力的施加与电力驱动牵引马达的控制进行协调而在车辆中提供改善的稳定性控制。电力驱动牵引马达可被用于减小在稳定性控制事件中减小提供给牵引车轮的扭矩所需的时间(与减小内燃发动机的扭矩输出所需的时间相比)。
[0008] 电力驱动牵引马达通过包括差速器的动力传动系统提供扭矩。可使用协调控制策略在同一车轴上提供牵引扭矩和制动扭矩两者。制动力可被施加到车辆的一侧上的车轮,同时,牵引扭矩以受控的方式被提供给车辆的另一侧上的车轮。
[0009] 所述控制系统还包括:制动控制器,被配置为接收不稳定事件信号;车辆加速传感器,被配置为将加速度信号提供给马达控制器,当没有感测到车辆加速度时,加速度信号等于零,其中,从动车轴上的总的驱动力等于制动摩擦力和驱动摩擦力之和,从而调节总的纵向牵引力
[0010] 所述控制系统还包括:制动控制器,被配置为接收不稳定事件信号;车辆加速度传感器,被配置为当感测到负车辆加速度时将加速度信号提供给马达控制器,其中,从动车轴上的总的驱动力小于制动摩擦力和驱动摩擦力之和,从而调节总的纵向牵引力。
[0011] 所述控制系统还包括:制动控制器,接收不稳定事件信号;车辆加速度传感器,当感测到正车辆加速度时,车辆加速度传感器将加速度信号提供给马达控制器,其中,从动车轴上的总的驱动力大于制动摩擦力和驱动摩擦力之和,从而调节总的纵向牵引力。
[0012] 根据本发明的另一方面,提供一种用于车辆的稳定性控制系统,包括:多个传感器,检测车辆中的转向控制损失并产生不稳定事件信号;制动控制器,被配置为接收不稳定事件信号并将信号提供给车辆的制动器,以将制动力施加到车辆的第一侧上的制动车轮;马达控制器,被配置为接收来自于制动控制器的扭矩增加请求信号,并增加提供给车辆的第二侧上的牵引车轮的扭矩。
[0013] 提供给制动器的信号是提供脉冲制动力的脉冲信号。
[0014] 扭矩增加信号对应于脉冲信号并以一组相应的脉冲的形式增加提供给牵引车轮的扭矩。
[0015] 所述脉冲信号和一组相应的脉冲是同步的。
[0016] 所述扭矩增加信号对应于给制动器的信号,并当制动信号提供制动力时增加提供给牵引车轮的扭矩。
[0017] 本发明的另一方面还提供一种用于车辆的稳定性控制系统,所述车辆具有带差速器的动力传动系统,所述差速器选择性地将扭矩提供给至少两个车轮,所述稳定性控制系统包括:多个传感器,感测车辆中的转向控制损失并产生不稳定事件信号;制动控制器,被配置为接收不稳定事件信号并给车辆的制动器提供信号,以将制动力施加到车辆的第一侧上的制动车轮;马达控制器,响应于不稳定事件信号并给电动马达提供信号,以开始减小通过差速器提供给牵引车轮的扭矩,以恢复转向控制,其中,马达控制器从制动控制器接收扭矩增加请求信号,并增加通过差速器提供给车辆的第二侧上的牵引车轮的扭矩,从而提供增加的直接横摆力矩控制。
[0018] 提供给制动器的信号是提供脉冲制动力的脉冲信号。
[0019] 所述扭矩增加信号对应于脉冲信号,并以一组相应的脉冲的形式增加提供给牵引车轮的扭矩。
[0020] 脉冲信号和一组相应的脉冲是同步的。
[0021] 扭矩增加信号对应于给制动器的信号,并当制动信号提供制动力时增加提供给牵引车轮的扭矩。
[0022] 根据本发明的另一方面,提供一种用于车辆的稳定性控制的方法,所述车辆具有多个传感器、制动控制器和马达控制器,所述方法包括:由所述多个传感器检测车辆中的转向控制损失并产生不稳定事件信号;由制动控制器接收不稳定事件信号,并给车辆的制动器提供信号以将制动力施加到车辆的第一侧上的制动车轮;由马达控制器从制动控制器接收扭矩增加请求信号,并增加提供给车辆的第二侧上的牵引车轮的扭矩。
[0023] 根据所公开的另一方面,由电动中央牵引马达驱动开放式差速器系统,以增加最大的直接横摆矢量,所述最大的直接横摆矢量可针对前轮驱动(FWD)、后轮驱动(RWD)和全轮驱动(AWD)车辆获得。不管车辆是沿直线行进还是转弯行进,所述系统都是有效的。可施加驱动扭矩、制动扭矩和混合的驱动和制动扭矩,以在各种路况(从干躁的公路到面)中获得最大的摩擦力。
[0024] 由于附图以及下面对示出的实施例的详细描述,使得本公开的这些和其它方面将会被更好地理解。

附图说明

[0025] 图1a是现有技术的稳定性控制系统的动力传动系统、车轮和车轴的示意性透视图;
[0026] 图1b是处于转向过度情形的具有现有技术的稳定性控制系统的车辆的示意图;
[0027] 图2a是所公开的加强的稳定性控制系统的动力传动系统、车轮和车轴的示意性透视图;
[0028] 图2b是处于转向过度情形的具有所公开的加强的稳定性控制系统的车辆的示意图;
[0029] 图3是加强的电子稳定性控制系统的流程图
[0030] 图4是示出混合动力电动车辆中的加强的稳定性控制系统响应于稳定性控制事件的一个例子的图表;
[0031] 图5是示出电池电动车辆中的加强的稳定性控制系统响应于稳定性控制事件的一个例子的图表。

具体实施方式

[0032] 参照附图公开了示出的实施例。然而,应当理解,所公开的实施例仅意在作为示例,其可以以各种形式和替代形式实现。这些附图不一定按比例绘制,一些特征可能会被夸大或最小化以显示特定组件的细节。公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制,而应当作为用于教导本领域技术人员如何实施本发明的代表性基础
[0033] 参照图2a,示出了主动制动系统的一个例子。动力传动系统40包括电力牵引马达42,该电力牵引马达42利用被提供给开放式差速器46的扭矩2τd驱动驱动轴44。牵引马达42可与内燃发动机(未示出)相结合地或独立地提供扭矩。右车轮48被右车轴50驱动,右车轴50将扭矩τd提供给右车轮48以将角速度ωR赋予右车轮48。左车轮54被左车轴56驱动,左车轴56将扭矩τd提供给左车轮54以将角速度ωL赋予左车轮54。示出了制动力τb被施加给左车轮54以进行电子稳定性控制。
[0034] 参见图2b,示出了车辆60的转向过度情形。车辆60在转向过度的路径x上行驶,但是期望车辆按照期望的路径y行驶。电子稳定性控制系统被示出为将制动力τb施加给右前轮,以产生横摆力矩(如箭头m1所示)。电子稳定性控制系统还提供来自于电力牵引马达42的增加的扭矩(由箭头τd表示),以将另外的横摆力矩m2提供给左前轮54。这样增加的驱动扭矩产生了增加的横摆力矩,以协助更快速地校正转向过度问题,并允许车辆更快速地回到所期望的路径y。
[0035] 参考图3,电子稳定性控制系统64以控制流程图公开,用于为车辆60(诸如混合动力电动汽车(HEV),电动汽车(EV)和插电式混合动力电动汽车(PHEV),这些车辆在动力传动系统40中具有电力牵引马达42,该电力牵引马达在正常操作过程中提供部分或全部驱动扭矩)提供改进的横摆力矩控制。牵引马达42与内燃发动机相比在响应于扭矩命令提供扭矩方面具有更快的响应时间。
[0036] 用于HEV、EV和PHEV的车辆系统控制器(VSC)64具有协调所有子系统的控制器(诸如牵引控制模66和制动系统控制模块70)的权力。车辆系统控制器64可以减少内燃发动机的扭矩输出,并还可提供来自于电力牵引马达42的扭矩,以更迅速地减小被提供给牵引车轮的扭矩。车辆系统控制器64还可通过使牵引控制模块66和制动系统控制模块70之间进行协作而控制同时用于产生横摆力矩的制动扭矩和牵引扭矩的使用。
[0037] VSC系统64被配置为在配备有电力牵引马达42的HEV、EV或PHEV的极端车辆情形下当必要时增加稳定横摆力矩。通过将制动摩擦力施加在车辆的一侧上(与当前的商用电子稳定性控制系统类似的方式)并且同时调节电力牵引马达42以使另外的牵引力被传递到车辆的另一侧上的车轮,来实现最大的横摆力矩。车辆系统控制器64与制动控制模块70结合利用电力牵引电机42的快速响应,使得牵引和制动摩擦力都被传递到单个车轴上。
建议的车辆控制系统器64可利用开放式差速器,并且不要求,但并不排除如在一些其它类型的以牵引为基础的系统中所使用的止式差速器或限滑差速器的选择。
[0038] 车辆系统控制器64包括传感器72(诸如横摆率传感器、横向加速度传感器,方向盘传感器)。在74处提供关于车辆的信息(诸如方向盘的位置),以在76处校准横摆力矩测定(determination)。当测量的横摆率超过针对给定的方向盘输入的期望的横摆率的阈值时,应用单独的车轮制动器。如果传感器检测到不期望的横摆力矩时,则在76处触发横摆力矩测定,并且将信号发送到分区标记(block labeled)的制动扭矩测定78,同时将信号发送到牵引控制模块66。在78处的制动扭矩测定将信号提供给在80处的轮胎滑移控制。轮胎滑移控制80将制动启用信号提供给在82处的电子控制的液压制动系统,该液压控制系统将制动扭矩τb提供给制动车轮84。制动控制模块处于与动力传动系统控制器通信的控制器局域网(CAN)中。
[0039] 发送到牵引控制模块66的信号启动在90处的电子稳定性控制模式确定步骤,即,在混合动力车辆中确定车辆是否正在被电力牵引马达、内燃发动机或者这两者驱动。在PHEV或电池电动汽车(BEV)中,不需要确定操作模式。在92处的电子稳定性控制扭矩协调步骤中,由发动机和马达提供的扭矩被协调。如果电动马达42启动且以低于其最大额定值的值运行时,则在94处的马达扭矩测定步骤中提供信号,马达扭矩测定步骤计算由马达导致的扭矩增加的期望平。一旦在94处确定马达扭矩的增加量,则在96处查询电池监视电路,以核实电池中是否有充足的电力来提供所请求的扭矩增加。如果核实的结果为是,则在98处的轮胎滑移控制步骤在100处给马达信号,以将增加的扭矩τd提供给牵引车轮102,以通过将另外的角速度ωR赋予牵引车轮102来增加横摆力矩。牵引车轮102是未被制动的车轮。
[0040] 在92处的电子稳定性控制扭矩协调功能可向动力传动系统控制器发送请求,以减小发动机扭矩输出来防止其它从动车轮过度滑移。如果在电子稳定性控制扭矩协调步骤92确定内燃发动机正在运行,则在106处的发动机扭矩测定步骤将信号提供给在108处的发动机控制器,以减小内燃发动机的扭矩输出。
[0041] 在一个车轮制动扭矩作用的情况下,所产生的横摆力矩是:
[0042]
[0043] 其中,Fb是制动力,b是车轴的宽度。
[0044] 建议的电子稳定性控制系统不需要任何另外的车辆状态或加速度传感器。制动控制模块70中的电子稳定性控制系统向驱动桥控制器66发送请求,该驱动桥控制器66在94处确定特定的牵引扭矩传递所需的马达牵引扭矩。只有当车辆系统控制器激活某特征时,驱动桥控制器66才传递另外的扭矩。可对命令的马达牵引扭矩进行滤波,以恰好在将制动扭矩施加到车辆另一侧的车轮上的同时将马达扭矩施加到动力传动系统上。考虑液压执行机构的延迟以及具有低电平控制的马达的电力动力传动系统,可以针对每个特定的制动控制系统校准滤波器常数的测定。
[0045] 建议的机构提供车辆速度的更好的控制。一个特定情形是产生纯横摆力矩(PYM),其中,在车轴的两个车轮上提供大小相同但是沿相反方向的制动扭矩和牵引扭矩。在PYM中,车辆速度仅被最小程度地影响。在其他情形中,系统可用于产生额外的牵引扭矩,以帮助车辆从差的表面条件中驶离。
[0046] 在所提出的系统中的横摆力矩具有以下形式:
[0047]
[0048] 其中:Fd是在车轮的一侧上由电动马达产生的驱动力。
[0049] 通过比较由公式(1)和公式(2)产生的横摆力矩,可以看出,在相同的车辆和牵引条件下,电子稳定性控制系统的能力显著增加,并有助于在极端情况下实现稳定性。
[0050] 建议的系统可用于具有一个或两个电力动力传动系统的HEV/EV/PHEV。可以在两个从动车轴中的每个上实现横摆力矩控制(该横摆力矩控制使得牵引力增加)。在具有电的动力传动系统的两轮驱动车辆上,建议的电子稳定性控制系统可以在从动轴上实现。在具有双电驱动的HEV/EV/PHEV上,如果两个车轴和四个车轮都被控制以进行横摆力矩校正,则所期望的系统将具有更好的性能。
[0051] 参照图4,示出了在一个示例性稳定性控制事件中由电子稳定性控制系统进行的发动机扭矩调节的时序。线110表示请求的发动机扭矩的时序,线112表示制动扭矩,线114表示马达扭矩,线118表示牵引车轮扭矩。在电子稳定性控制事件的开始,看到发动机扭矩110缓慢减小。马达扭矩114能够快速减小并用于将由可以提供负扭矩的电力牵引马达和内燃发动机提供给牵引车轮的混合扭矩减小。然后由电力牵引马达提供的扭矩可结合制动扭矩112的施加而被控制。马达扭矩可被用于调节由稳定性控制器指定的总的车轮扭矩118。在一个示例中,针对牵引车轮调节目标马达扭矩控制,以与制动车轮扭矩匹配但是沿着与制动车轮扭矩相反的方向,从而目标马达扭矩和制动车轮扭矩能够同时致力于产生横摆力矩。或者,马达扭矩和制动扭矩彼此独立并且根据需要变化,以提供合适的横摆力矩并实现电子稳定性控制。
[0052] 参照图5,示出了在电动车辆(EV)上的电子稳定性控制系统的操作。EV并不具有内燃发动机,结果,马达扭矩120在电子稳定性控制事件的开始甚至可更加快速地减小。电子稳定性控制系统可施加间歇的制动扭矩122,以减小被制动的车轮84的角速度,同时马达扭矩120与制动车轮扭矩122的施加合作或与之独立地间歇地增加。根据电子稳定性控制系统的积极性以及车辆特性,对马达扭矩和制动扭矩的调节的时序可从图4和图5中所示的示例改变。
[0053] 轮胎摩擦的特性之一是:纵向(制动/牵引)摩擦力和横向(转弯)摩擦力是轮胎纵向滑移率的函数。纵向摩擦力在某滑移率处具有峰值,横向摩擦力通常随着滑移率的增加而降低。在给定的滑移角(滑移角由车辆状态控制,而不在电子稳定性控制系统中控制)处的轮胎摩擦力在椭球面上。一定的滑移率将导致由轮胎产生的总的横摆力矩最大。
[0054] 在电子稳定性控制模式中,如果期望中等的横摆力矩,则可由车辆级别稳定性控制器确定车轮扭矩命令。然后,可以通过基于车轮扭矩命令的轮胎参数的非线性函数来确定期望的滑移率:
[0055] λ=T(M)(3)
[0056] 其中,λ是滑移率,M是总的横摆力矩。
[0057] 当在极端的车辆操作情况下期望最大的横摆力矩时,期望的滑移率更加复杂。由一个车轮引起的总的直接横摆力矩可以写为:
[0058]
[0059] 其中,Fx(λ)是制动/牵引摩擦力,Fy(λ)是横向摩擦力,l是车辆和车辆的重心之间的距离。
[0060] 制动/牵引摩擦力和横向摩擦力都是λ的函数,最大横摆力矩M在λ为特定值时得到。如果期望最大的横摆力矩,则特定的λ将是最优的,从而:
[0061]
[0062] 基于这些计算,电子稳定性控制系统首先确定在给定的车辆状态下使轮胎横向稳定力矩最大的最佳滑移率。这被称为滑移控制参考,并且在80和98处作为命令提供给低级别滑移控制器。
[0063] 牵引控制模块66中的另外的滑移控制器作为协调的系统来提供,以在极端车辆情形中使从动车轴获得最大的稳定横摆力矩。因为牵引马达42能够和发动机一起提供部分或全部车轮扭矩,所以提供在电子稳定性控制系统的横摆力矩控制事件期间的动力传动系统和制动扭矩。
[0064] 电子稳定性控制系统通过下述内容提供另外的滑移控制:
[0065] 1、在ESP事件的开始抵偿车轮上的发动机扭矩。通过减小发动机扭矩,牵引车轮扭矩减小的速度远比传统的电子稳定性控制起作用的速度更快,并且减小了牵引车轮打滑的可能性。
[0066] 2、将扭矩水平保持和调节在受控水平,从而传递滑移控制参考。
[0067] 在牵引控制模块66中的滑移控制器是用于电子稳定性控制的低级别控制器。当启动电子稳定性控制时,滑移控制器比常规的马达扭矩控制优先启用。符合用于防抱死制动系统(ABS)和牵引控制系统的滑移控制器的设计的滑移控制器可使用多种方法。
[0068] 因为在电子稳定性控制过程中闭环控制轮胎两侧上的牵引/制动力,所以对车辆上的总的驱动力进行调节。
[0069] 在从动车轴上的总的驱动力是:
[0070] Fa=Fb+Fd(6)
[0071] 下面的三种模式可由电子稳定性控制系统通过滑移控制器和车轮扭矩目标调节Fb和Fd来实现:
[0072] 1、纯横摆力矩控制
[0073] 控制目标是
[0074] Fa=0(7)
[0075] 因此,电子稳定性控制系统没有产生加速度。
[0076] 2、在电子稳定性控制期间减速
[0077] 控制目标是
[0078] Fa<0(8)
[0079] 因此,电子稳定性控制系统使车辆减速。
[0080] 3、在电子稳定性控制期间驶离
[0081] 控制目标是
[0082] Fa>0(9)
[0083] 因此,驱动力试图在电子稳定性控制期间将车辆从表面条件中驶离。
[0084] 当期望横摆力矩不影响车辆速度时,期望纯横摆力矩控制。在一些操作(在这些操作中,使车辆的速度降下来是最佳选择)过程中期望在电子稳定性控制期间减速。当控制器在产生稳定横摆力矩的同时能够判断期望将车辆从当前的表面条件中驶离时,在电子稳定性控制期间驶离是有用的。
[0085] 表1在车辆速度上的其它力的效果
[0086]
[0087] 该系统的主要优点包括产生了较大的横摆力矩,较大的横摆力矩增加了系统使车辆稳定的能力。建议的电子稳定性控制系统不需要额外的传感器,只需要修改系统控制算法,以协调具有电的动力传动系统和当前的电子稳定性控制系统。电子稳定性控制系统可以适用于HEV、EV或PHEV系统(其中,在动力传动系统中有快速响应的电力牵引机器)。
[0088] 电子稳定性控制系统在制动系统控制模块、牵引控制模块和车辆系统控制器之间进行协调,以控制从动轴上的制动摩擦力和牵引摩擦力,以使从动轴获得更大的直接横摆力矩。包括电力牵引马达的动力传动系统的更快速响应使得所述系统比传统的内燃发动机动力传动系统在从动车轮上实现更好的牵引扭矩控制。为产生横摆力矩和稳定性控制的目的,所述系统利用从动轴的最大的牵引能力,以使提供车辆稳定性控制的能力最大化。当必需进行横摆稳定性控制时,所述系统在极端情形下稳定车辆的能力更强。最后,由于在稳定性控制模式期间可基于来自于车辆级别的需要对总的纵向牵引力进行调节,所以所述系统可更好地控制车速。
[0089] 虽然上面描述了示例性实施例,但是不意味着,这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反,在本说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制,应当理解,可以进行各种改变而不脱离本发明的精神和范围。另外,实施的各种实施例的特征可以被结合以形成本发明的进一步的实施例。
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