CN103287362A - 一种车载语音控制系统、方法和电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载语音控制系统、方法和电动汽车，该系统包括语音识别模块和整车控制中央处理器，其中：语音识别模块，实时采集车内语音信号，并通过预存的语音库存模式识别出驾驶员对车身电子电器或整车运行状态的语音指令，输出到整车控制中央处理器；整车控制中央处理器，根据语音指令执行对整车电子电器和/或整车运行状态的控制。本发明实施例，通过语音快速准确、及时有效地实现所需要的行车中的任务功能，包括控制整车的车身电子设备的功能和车辆行驶状态，减少了驾驶员在行车过程中的复杂手势动作和驾驶动作，同时，只处理驾驶员的语音指令，防止根据其他座位的人员的语音指令而做出错误的控制,提高了安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车智能化控制领域，尤其涉及一种车载语音控制系统、方法和电动汽车。
背景技术
随着汽车工业的蓬勃迅速发展，加速了全球性的能源危机和环境污染。因此，各大汽车生产厂和相关汽车研发单位为了迎合大众需求与满足政府的环保法规限制，各种不同的“绿色”新能源概念车相继问世，电动汽车将成为新一代交通工具的主力军，智能化的汽车将会越来越多。随着电动汽车信息技术的不断发展，以智能化汽车电子设备为主的新能源电动汽车将成为未来交通工具的发展方向，对于如何减少驾驶员在行车过程中的复杂手势动作及其它不方便的驾驶动作，通过驾驶员的语音即可快速、准确、智能化、合理有效及时地实现驾驶员所需要的行车中的任务功能，具有实现对电动汽车语音控制的整车控制系统，将成为电动汽车领域中智能化控制的技术瓶颈。
专利CN2194294Y公开了“汽车语音控制装置”，它是通过调频无线话筒和输入键盘向语言贮存电路存入前进、倒车、左转、右转、开灯、关灯、加速、鸣号、停止和开门十种语音讯号的操作，语音控制功能过于简单化，无法体现人类思维的智能合理地控制。让驾驶员能智能性的驾驶汽车的行驶功能需求，如语音控制整车“加速到某一定值（100Km/h）后匀速前进”、“减速到某一定值（20Km/h）后行驶”、“左转某一定值角度（0°～90°）后行驶”、“右转某一定值角度（0°～90°）后行驶”、以及通过语音控制电动汽车整车所有可控制的零部件的功能无法实现。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种车载语音整车控制系统、方法和电动汽车，以通过语音信号对整车的电驱动系统的参数进行变更控制。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供的一种车载语音控制系统包括相连地语音识别模块和整车控制中央处理器，其中：
语音识别模块，实时采集车内语音信号，并通过预存的语音库存模式识别出驾驶员对车身电子电器或整车运行状态的语音指令，输出到整车控制中央处理器；
整车控制中央处理器，根据语音指令执行对整车电子电器或整车运行状态的控制。
优选地，该系统还包括与整车控制中央处理器相连的开关信号控制模块，其中：开关信号控制模块，用于在整车控制中央处理器的控制下执行闭合或断开车身电子电器的功能开关。
优选地，该系统还包括与整车控制中央处理器通过CAN总线连接的整车运行状态控制模块，整车控制中央处理器通过整车运行状态控制模块控制整车运行状态。
优选地，语音识别模块包括：
语音接收单元，通过安装在方向盘上的麦克风接收语音信号；
距离采集单元，用于通过接收到的语音信号的信号强度估算发音者的距离，从而判断语音信号是否在驾驶位发出。
优选地，语音识别模块还包括语音处理单元和指令输出单元，其中：
语音处理单元，对所接收到的语音信号进行预处理后，提取语音信号的语音特征,根据语音特征与预存的语音库存模式的相似度，匹配出语音信号对应的语音指令；
指令输出单元，用于将匹配出的语音指令输出到整车控制中央处理器。
根据本发明的又一个方面，提供的一种车载语音控制方法包括以下步骤：
实时采集车内语音信号，并通过预存的语音库存模式识别出驾驶员对车身电子电器或整车运行状态的语音指令；
根据语音指令执行对车身电子电器和/或整车运行状态的控制。
优选地，根据语音指令执行对车身电子电器或整车运行状态的控制包括：
根据语音指令执行闭合或断开对应的车身电子电器的功能开关；和/或
根据语音指令通过CAN总线发送控制指令控制整车运行状态。
优选地，该方法还包括：通过采集的语音信号的信号强度估算发音者的距离，从而判断语音信号是否在驾驶位发出。
优选地，通过预存的语音库存模式识别出驾驶员对车身电子电器或整车运行状态的语音指令包括：
对所接收到的语音信号进行预处理，提取语音信号的语音特征；
根据语音特征与预存的语音库存模式的相似度，匹配语音信号对应的对车身电子电器或整车运行状态的语音指令。
根据本发明的再一个方面，提供的一种电动汽车包括上述技术方案中的车载语音控制系统。
采用本发明实施例的车载语音控制系统、方法及电动汽车，当驾驶员在行驶时开启语音控制功能，通过语音即可快速准确、及时有效地实现所需要的行车中的任务功能，包括控制整车的车身电子设备的功能和车辆行驶状态，减少了驾驶员在行车过程中的复杂手势动作和驾驶动作；同时，通过语音信号的强度判决其是否在驾驶位发出的，只处理驾驶员的语音指令，防止根据其他座位的人员的语音指令而做出错误的控制,提高了车载语音控制系统的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种车载语音控制系统的系统框图；
图2是本发明优选实施例提供的一种语音识别模块的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种车载语音控制方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种语音控制加速方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本实施例提供的一种车载语音控制系统包括：语音识别模块10、整车控制中央处理器20、开关信号控制模块30和整车运行状态控制模块40，其中：
语音识别模块10，实时采集车内语音信号，并通过预存的语音库存模式识别出驾驶员对车身电子电器或整车运行状态的语音指令，输出到整车控制中央处理器20；
其中，请参阅图2，语音识别模块10包括依次连接地语音采集单元101、语音处理单元102和指令输出单元103，其中：语音采集单元101通过安装在方向盘上的麦克风接收语音信号；语音处理单元102对所接收到的语音信号进行预处理后，提取语音信号的语音特征,根据语音特征与预存的语音库存模式的相似度，匹配出语音信号对应的语音指令；指令输出单元103将匹配出的语音指令输出到整车控制中央处理器20。
整车控制中央处理器20，根据语音指令执行相应目标模块的控制。
具体来说，当整车控制中央处理器20接收到语音识别模块10的语音指令后，决策判断是执行车身电子电器功能的开关信号控制模块30的指令还是执行整车运行状态控制模块40的指令，如果判定是执行电动汽车车身电子电器的功能，由整车控制中央处理器20发出命令指令来控制开关信号控制模块30（如发出数字命令“0”或“1”）来执行继电器的“断开”或“闭合”。当判定语音指令是执行整车运行状态的指令时，由整车控制中央处理器20决策诊断出需要执行的目标模块的具体功能,通过CAN(Controller Area Network局域控制网)总线与目标模块相互通信连接并发出相应的控制指令。
开关信号控制模块30，用于在整车控制中央处理器20的控制下执行闭合或断开车身电子电器的功能开关。
车身电子电器的功能开关包括但不限于：汽车车窗车门、继汽车音响设备、汽车照明及方向灯、车载电脑、导航系统、汽车空调、高速风扇、低速风扇、冷凝风扇、汽车DVD、汽车启动系统、汽车档位系统等功能开关。通过继电器执行闭合或断开车身电子电器的功能开关实现语音对电动汽车整车的功能控制。
整车运行状态控制模块40，与整车控制中央处理器20通过CAN总线连接,用于控制整车运行状态。
整车运行状态系统包括但不限于：通过CAN总线与电机及电机控制器、电动助力转向系统、车载充电机系统、动力电池管理系统之间相互通信连接并发出相应的控制指令。通过语音信号经语音识别模块10的A/D信号转换出能将加速踏板行程信号、制动踏板行程信号、倒档开关信号、车身电子开关信号以及钥匙点火开关信号这些指令输入至整车控制中央处理器，从而分别对电机控制器工作状态、电机模式、变速器档位、助力转向方向、助力转向角度、充电机的充电模式、充电机的充电状态、电池管理系统的主接触器（高压开关）状态、及其它功能的制动、故障诊断、报警提示的操作进行协调控制。
采用本发明实施例的车载语音控制系统，通过在电动汽车的方向盘上安装麦克风，对驾驶员在行驶时开启语音控制功能，通过语音即可快速准确、及时有效地实现所需要的行车中的任务功能，包括控制整车的车身电子设备的功能和车辆行驶状态，减少了驾驶员在行车过程中的复杂手势动作和驾驶动作。
如图2所示是本发明优选实施例提供的一种语音识别模块10的结构示意图,语音识别模块10包括依次连接的语音采集单元101（又包括语音接收单元1011和距离采集单元1012）、语音处理单元102（又包括预处理单元1021、特征提取单元1022、语音模式匹配单元1023）和指令输出单元103，其中：
语音接收单元1011，安装在汽车的方向盘上接收车内的语音信号；
最好是通过安装在方向盘的中央处麦克风来实现。
距离采集单元1012，用于通过接收语音信号的信号强度估算发音者的距离，从而判断语音信号是否在驾驶位发出；
具体来说，距离采集单元1012，通过车内所有发音者发出的语音信号，到接收语音信号的信号强弱，根据声音在空气中的传输速度V=340m/s、及语音识别模块10响应时间t,利用距离S=Vt，信号强度比Z，运用语音的短时能量分析和线性预测原理的结合，即可实现了一个语音信号幅度随另一语音信号幅度变化的要求。再通过用软件同时结合利用车体方向盘的触摸感应模块，判定发音者的语音源的距离，就可判定是否是驾驶员的位置发出的，从而实时计算过滤掉车内其他所有人员产生的语音，筛选出驾驶员的位置发出的语音发送给预处理单元1021。
预处理单元1021，用于语音反混叠代滤波、去除个体发音差异和设备/环境引起的噪声，并确定语音识别基元的选取和端点检测；
特征提取单元1022，用于提取语音信号的语音特征；其中，语音特征是反映本质特征的声学参数。
语音模式匹配计算单元1023，用于根据语音特征与预存的语音库存模式的相似度，匹配语音信号对应的对车身电子电器或整车运行状态的语音指令；
具体地，通过计算输入特征与语音库存模式之间的相似度(如匹配距离、似然概率)，同时还可以通过语音训练，建立标准的语音模式库，便于语音识别模块的识别处理，判断出驾驶员输入语音的语意信息，将驾驶员需要执行的操作。
指令输出单元103，用于将识别出驾驶员对车身电子电器或整车运行状态的语音指令输出到整车控制中央处理器。
本实施例中，通过麦克风接收语音信号，并筛选出在驾驶位置发出的语音信息，对其语音信号进行语音反混叠代滤波、去除个体发音差异和设备/环境引起的噪声等预处理后，提取语音特征，计算语音特征与语音库存模式之间的相似度，判断出驾驶员输入语音的语意信息，从而输出给整车控制中央处理器。
本实施例中，通过语音信号的强度判决其是否在驾驶位发出的，只处理驾驶员的语音指令，防止根据其他座位的人员的语音指令而做出错误的控制，提高了车载语音控制系统的安全性。
如图3所示是本发明实施例提供的一种车载语音控制方法的流程图，该方法包括：
S10、采集车内语音信号，并通过预存的语音库存模式识别出驾驶员对车身电子电器或整车运行状态的语音指令；
具体来来说，通过安装在方向盘上的麦克风接收语音信号；对所接收到的语音信号进行预处理，提取语音信号的语音特征；根据语音特征与预存的语音库存模式的相似度，匹配语音信号对应的对车身电子电器或运行状态的语音指令，将识别出的驾驶员对车身电子电器或运行状态的语音指令输出到整车控制中央处理器。
举例来说，驾驶员可以直接对电动汽车的语音麦克风说：前进、倒车、左转弯、右转弯、开车、停车、加速、减速、加速、减速某一定速度、加速到某一定速度、左/右某一角度转向行驶、快速充电、慢速充电、某一定电流值充电、开始充电、停止充电、闭合/断开主接触器（高压开关）以及车身电子电器的开关控制功能语音词句训练，建立电动汽车通用型语音控制的语音数据模式库来控制整车的车身电器或者行驶状态。
优选地，本步骤中还包括通过接收语音信号的信号强度估算发音者的距离，从而判断语音信号是否在驾驶位发出。具体来说，通过车内所有发音者发出的语音信号，到接收语音信号的信号强弱，根据声音在空气中的传输速度V=340m/s、及语音识别模块响应时间t,利用距离S=Vt，信号强度比Z，运用语音的短时能量分析和线性预测原理的结合，即可实现了一个语音信号幅度随另一语音信号幅度变化的要求。再通过用软件同时结合利用车体方向盘的触摸感应模块，判定发音者的语音源的距离，就可判定是否是驾驶员的位置发出的，非驾驶位发出的语音信号不进行处理，这样只处理驾驶员的语音指令，可以防止语音控制系统根据其他座位的人员的语音指令而做出错误的控制，提高了车载语音控制系统的安全性。
S20、根据语音指令执行对车身电子电器或整车运行状态的控制。
具体地，控制中央处理器根据语音指令判断是执行闭合或断开车身电器的开关,还是整车运行状态，如果判定是执行电动汽车车身电子电器的功能，由整车控制中央处理器20发出命令指令（如发出数字命令“0”或“1”）来执行继电器的“断开”或“闭合”。当判定时语音指令是执行整车运行状态的指令时，由整车控制中央处理器20决策诊断出需要执行的目标模块的具体功能,通过CAN总线与目标模块相互通信连接并发出相应的控制指令。当电动汽车在行驶过程中或者静止状态时，驾驶员对整车进行语音控制，整车如果识别出语音指令会有一个回应信号告知整车控制中央处理器，它要执行的动作，然后执行该动作；如果想要整车执行其它动作，直接语音告诉整车将要执行动作对应的指令即可。
如图4所示是本发明实施例提供的一种语音控制加速的方法流程图，该方法包括：
S401、接收到语音信号“加速到100Km/h”；
S402、根据发声源的距离判断是否是驾驶员的语音信号，如果是，执行S403，否则结束流程；
S403、将语音信号与预存的语音库存模式进行匹配，识别出语音信号为“加速到100Km/h”,如果是，执行S404，否则结束流程；
S404、整车控制中央处理器响应“加速到100Km/h”的语音指令；
S405、电机控制器执行命令控制电机加速运行到100Km/h。
S406、车辆按100Km/h的速度行驶。
具体来说，驾驶员告诉整车“100Km/h的速度行驶”的语音命令指令，整车语音控制中央处理系统对语音的发音信号进行判别，由接收到语音信号的强弱，估算测量出发音者的距离位置，从而判断是否是驾驶员的语音命令，再由整车控制中央处理器的语音系统识别出“100Km/h的速度行驶”信号之后，整车控制中央处理器就会通过CAN通信发出直接“100Km/h的速度行驶”命令指令给电机控制器，由电机控制器来控制电机的状态，执行驾驶员语音目标需求的结果“100Km/h的速度行驶”指令。
本发明还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括上述实施例的车载语音控制系统。
采用本发明实施例的车载语音控制系统、方法及电动汽车，通过在电动汽车的方向盘上安装麦克风，对驾驶员在行驶时开启语音控制功能，通过语音即可快速准确、及时有效地实现所需要的行车中的任务功能，包括控制整车的车身电子设备的功能和车辆行驶状态，减少了驾驶员在行车过程中的复杂手势动作和驾驶动作,同时，通过语音信号的强度判决其是否在驾驶位发出的，只处理驾驶员的语音指令，防止根据其他座位的人员的语音指令而做出错误的控制,提高了车载语音控制系统的安全性。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。
Claims (10)
1.一种车载语音控制系统，其特征在于，该系统包括相连地语音识别模块和整车控制中央处理器，其中：
所述语音识别模块，实时采集车内语音信号，并通过预存的语音库存模式识别出驾驶员对车身电子电器或整车运行状态的语音指令，输出到所述整车控制中央处理器；
所述整车控制中央处理器，根据所述语音指令执行对整车电子电器或整车运行状态的控制。
2.根据权利要求1的车载语音控制系统，其特征在于，该系统还包括与所述整车控制中央处理器相连的开关信号控制模块，其中：
所述开关信号控制模块，用于在所述整车控制中央处理器的控制下执行闭合或断开车身电子电器的功能开关。
3.根据权利要求1的车载语音控制系统，其特征在于，该系统还包括与所述整车控制中央处理器通过CAN总线连接的整车运行状态控制模块，所述整车控制中央处理器通过整车运行状态控制模块控制整车运行状态。
4.根据权利要求1或2或3的车载语音控制系统，其特征在于，所述语音识别模块包括：
语音接收单元，通过安装在方向盘上的麦克风接收语音信号；
距离采集单元，用于通过接收到的语音信号的信号强度估算发音者的距离，从而判断所述语音信号是否在驾驶位发出。
5.根据权利要求4所述的车载语音控制系统，其特征在于，所述语音识别模块还包括语音处理单元和指令输出单元，其中：
所述语音处理单元，对所接收到的语音信号进行预处理后，提取所述语音信号的语音特征,根据所述语音特征与预存的语音库存模式的相似度，匹配出所述语音信号对应的语音指令；
指令输出单元，用于将匹配出的语音指令输出到整车控制中央处理器。
6.一种车载语音控制方法，其特征在于，该方法包括：
实时采集车内语音信号，并通过预存的语音库存模式识别出驾驶员对车身电子电器或整车运行状态的语音指令；
根据所述语音指令执行对车身电子电器或整车运行状态的控制。
7.根据权利要求6的车载语音控制方法，其特征在于，根据所述语音指令执行对车身电子电器或整车运行状态的控制包括：
根据所述语音指令执行闭合或断开对应的车身电子电器的功能开关；或
根据所述语音指令通过CAN总线发送控制指令控制整车运行状态。
8.根据权利要求6或7的车载语音控制系统，其特征在于，所述方法还包括：通过采集的语音信号的信号强度估算发音者的距离，从而判断所述语音信号是否在驾驶位发出。
9.根据权利要求8的车载语音控制方法，其特征在于，所述通过预存的语音库存模式识别出驾驶员对车身电子电器或整车运行状态的语音指令包括：
对所接收到的语音信号进行预处理，提取所述语音信号的语音特征；
根据所述语音特征与预存的语音库存模式的相似度，匹配语音信号对应的对车身电子电器或整车运行状态的语音指令。
10.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括如权利要求1-5任意一项权利要求所述的车载语音控制系统。
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