CN106347260B - 一种基于语音识别的车辆控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种基于语音识别的车辆控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于语音识别的车辆控制系统及其控制方法，属于自动化技术领域。该系统工作时，首先由麦克风获取空气传播的语音信号、喉震式麦克风获取使用者喉咙振动信号，并将其传给语音识别模块；语音识别模块对获取的语音信号及喉咙振动信号同时进行识别，选择与语音识别关键词词库吻合度较高的信号作为有效控制信号，传输给主控模块；主控模块根据获得的有效控制信号综合当前车辆行驶逻辑互锁，并调用云端信息获取模块获取的导航信息与天气情况综合规划车辆的行驶转动角度、行驶速度、行驶路径等参数，通过控制参数对车辆行驶与本地电器进行控制。本发明可为特殊场合、人群提供操作简单，运行可靠的驾驶操作系统，降低驾驶员误判风险。

Description

一种基于语音识别的车辆控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于自动化技术领域，特别涉及一种基于语音识别的车辆控制系统及其控制方法。
背景技术
目前国内外车载语音控制系统的开发已经有所发展。当前国内自主研发机构主要致力于车载导航系统的开发。如科大讯飞推出的新一代车载语音导航系统“智语星”，其语音识别依然依赖于网络终端。国外对于语音识别系统的研究也没有全面地到应用到所有本地电器的控制或汽车车身运动操控上，且目前的车载语音控制系统仅在中高端车型中有所应用，例如福特福克斯的车载多媒体通讯娱乐系统，可以通过语音口令音乐播放，拨打电话，发送短信等，还有待与进一步的普及。
但是这些系统的局限性还较大，具体表现为车辆导航系统对驾驶员操控依赖程度过高，对本地电器的智能控制仅限于部分多媒体电器的操控，对车辆运动控制的整体的智能化程度不够高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于语音识别的车辆控制系统及其控制方法，使驾驶员可以通过语音指令实现车辆的运动操控以及本地电器控制。
本发明采用的技术方案是：
一种基于语音识别的车辆控制系统，其特征在于，包括启动开关、主控模块、语音获取模块、语音识别模块、存储模块、语音提示模块及云端信息获取模块，所述存储模块包括车辆行驶状态存储区和语音识别关键词词库；所述语音获取模块包括麦克风、喉震式麦克风，所述喉震式麦克风可在嘈杂环境时较准确地设别出语音信号；
所述语音识别模块、存储模块、语音提示模块、云端信息获取模块分别与主控模块相连，所述语音识别模块还与语音获取模块相连；所述语音获取模块采集语音信号传输给语音识别模块，所述语音识别模块将处理后的信息传输给主控模块；所述语音提示模块、存储模块、云端信息获取模块与主控模块之间均为双向通信；
所述云端信息获取模块为车载导航仪，用于获取云端导航信息与云端天气情况。
上述方案中，所述主控模块还可与移动端平台双向通信，实现在移动端平台操作车辆控制系统。
一种基于语音识别的车辆控制方法，包括如下步骤：
S1，启动开关开启车辆控制系统；
S2，麦克风获取空气传播的语音信号、喉震式麦克风获取使用者喉咙振动信号，并将获取的语音信号及喉咙振动信号传输给语音识别模块；
S3，语音识别模块对获取的语音信号及喉咙振动信号同时进行设别，选择与语音识别关键词词库吻合度较高的信号作为有效控制信号，并传输给主控模块；
S4，主控模块依据识别的语音信号对车辆进行控制；
S5，由主控模块控制语音提示模块，将车辆控制执行情况反馈给驾驶员。
进一步，所述S2中麦克风获取空气传播的语音信号、喉震式麦克风获取使用者喉咙振动信号均采用一级口令模式，一级口令在语音获取模块中验证正确之后的口令为有效口令；一级口令验证正确之后，若驾驶员发出语音指令，麦克风与喉震式麦克风同时对语音指令进行采集。
进一步，所述一级口令分为导航目的地口令与语音控制口令两种。
进一步，所述S4具体为：主控模块对识别的语音信号进行判断，若该识别的语音信号与车辆行驶状态存储区中存储的当前车辆行驶状态存在逻辑互锁关系则判定为无效指令，若无逻辑互锁关系则判定为有效指令；若有效指令为车辆行驶指令时，则车辆控制系统综合云端导航信息、云端天气情况确定车辆的行驶转动角度、行驶速度，控制车辆行驶；若有效指令为行驶目的地指令时，则车辆控制系统利用云端导航信息、云端天气情况合理安排车辆的行驶路线、行驶速度，并根据驾驶员后续指令实时修改行驶路线与速度；若有效指令为呼叫求助信号时，由移动端平台发出指令拨打预设电话求助，电话接通之后自动播报车辆当前位置信息、行驶信息与驾驶员对车辆的控制情况。
进一步，所述车辆控制系统安排车辆行驶速度的过程为：由云端信息获取模块获取当前道路的最高车速与最低车速并传输给主控模块，利用加权公式得出车辆控制系统当前期望速度，将当前期望速度与道路的最高车速、最低车速进行对比，获得控制车速。
进一步，所述加权公式为Vα＝(-α÷90°)×10和Vi＝V0+Vα+A+B+C+D，其中Vα为转弯角加权速度，α为转弯角角度，Vi为车辆控制系统当前期望速，V0为车辆控制系统行驶基础速度，A、B、C、D为天气情况的加权系数。
本发明的有益效果：本发明可以帮助驾驶员实现语音指令控制车辆行驶；其中喉震式麦克风与普通麦克风同时采集信号可以让系统在嘈杂环境下依旧保持良好对的识别精度；一级指令可以防止语音指令的误识别，增加系统的安全性；语音指令内部逻辑互锁可以减少驾驶员的错误指令带来的危险；结合云端信息的控制系统使得系统对于车辆的控制更加合理而有效。
附图说明
图1为基于语音识别的车辆控制系统的结构示意图；
图2为车辆语音控制方法的流程图；
图3为车辆控制系统执行前进/后退指令控制方法流程图；
图4为车辆控制系统执行左转/右转指令控制方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图1所示，一种基于语音识别的车辆控制系统，包括启动开关、主控模块(STM32系列)、语音获取模块、语音识别模块(LD3320为核心的语音识别芯片)、存储模块(SD卡)、语音提示模块(喇叭)及云端信息获取模块，存储模块包括车辆行驶状态存储区和语音识别关键词词库；语音获取模块包括麦克风、喉震式麦克风，喉震式麦克风可在嘈杂环境时较准确地设别出语音信号；
启动开关用于启动车辆控制系统，主控模块用于控制车辆运动、车载电器的使用、编辑控制车辆不同行驶状态之间的互锁关系，语音获取模块用于车辆控制系统启动后实时获取语音指令，语音识别模块用于对语音特征提取、关键词识别、语音识别关键词比对以及结果判定，存储模块用于存储当前车辆行驶状态及所需的语音指令关键词库，云端信息获取模块用于获取云端导航信息与云端天气情况，语音识别关键词库包括车辆行驶及使用中常用语音指令并可以根据用户实际使用情况进行编辑添加；
语音识别模块、存储模块、语音提示模块、云端信息获取模块分别与主控模块相连，语音识别模块还与语音获取模块相连；语音获取模块采集语音信号传输给语音识别模块，语音识别模块将处理后的信息传输给主控模块；语音提示模块、存储模块、云端信息获取模块与主控模块之间均为双向通信；云端信息获取模块为车载导航仪；
主控模块还可与移动端平台双向通信，实现在移动端平台操作车辆控制系统。
一种基于语音识别的车辆控制系统的工作过程为：
启动开关开启车辆控制系统，麦克风获取空气传播的语音信号、喉震式麦克风获取使用者喉咙振动信号，并将其传给语音识别模块；语音识别模块对获取的语音信号及喉咙振动信号同时进行设别，选择与语音识别关键词词库吻合度较高的信号作为有效控制信号，传输给主控模块；主控模块根据获得的有效控制信号综合当前车辆行驶逻辑互锁，并调用车辆行驶状态存储区存储的当前车辆行驶状态和云端信息获取模块获取的导航信息、天气情况综合规划车辆的行驶转动角度、行驶速度、行驶路径等参数，通过CAN总线对车辆行驶与本地电器进行控制并通过语音提示模块将控制情况反馈给驾驶员。作为一个可选工作平台-移动端平台可以与主控模块双向通信，实现在移动端平台操作车辆控制系统。
一种基于语音识别的车辆控制方法，如图2所示，包括步骤：
S1，启动开关开启车辆控制系统。
S2，麦克风获取空气传播的语音信号、喉震式麦克风获取使用者喉咙振动信号，并将获取的语音信号及喉咙振动信号传输给语音识别模块；麦克风获取空气传播的语音信号、喉震式麦克风获取使用者喉咙振动信号均采用一级口令(导航目的地口令与语音控制口令)模式，一级口令在语音获取模块中验证正确之后的口令为有效口令；一级口令验证正确之后，若驾驶员发出语音指令，麦克风与喉震式麦克风同时对语音指令进行采集。
S3，语音识别模块对获取的语音信号及喉咙振动信号同时进行设别，选择与语音识别关键词词库吻合度较高的信号作为有效控制信号，并传输给主控模块。
S4，主控模块依据识别的语音信号对车辆进行控制；
主控模块对识别的语音信号进行判断，若该识别的语音信号与车辆行驶状态存储区中存储的当前车辆行驶状态存在逻辑互锁关系则判定为无效指令，若无逻辑互锁关系则判定为有效指令；若有效指令为车辆行驶指令时，则车辆控制系统综合云端导航信息、云端天气情况确定车辆的行驶转动角度、行驶速度，控制车辆行驶；若有效指令为行驶目的地指令时，则车辆控制系统利用云端导航信息、云端天气情况合理安排车辆的行驶路线、行驶速度，并根据驾驶员后续指令实时修改行驶路线与速度；若有效指令为呼叫求助信号时，由移动端平台发出指令拨打预设电话求助，电话接通之后自动播报车辆当前位置信息、行驶信息与驾驶员对车辆的控制情况。
车辆控制系统执行前进与后退指令时，系统会调用导航信息，判断是否允许作出后退指令，再根据当前道路最高时速与最低时速限制车辆车速变化范围，并根据云端导航信息模块获取的当前天气环境(如雨天、雪天、结冰、正常路况等)、路面潮湿程度确定车辆行驶速度并根据驾驶员后续加速或者减速指令进行相应调整；如图3所示。
车辆控制系统执行左转与右转转向指令时，系统根据导航信息确定当前道路状况，判断是否允许作出该指令，再根据道路方向确定车辆的转向角度，转向角度可根据驾驶员后续指令进行动态调整，最后根据当前道路限速、车辆所处天气环境对车辆转向速度进行确定；如图4所示。
车辆控制系统安排车辆行驶速度的过程如下：
由云端信息获取模块获取当前道路的最低车速V1与最高车速V2，若道路无最低车速要求则V1＝0，并设置汽车正常行驶最低车速为V3＝20km/h；由云端信息获取模块获取当前行驶路面信息与天气信息，不同天气状况对应的加权系数如表1所示；
表1路面天气情况加权系数
天气情况 是 否
雨天 加权系数A＝-5 加权系数A＝0
雪天 加权系数B＝-5 加权系数B＝0
结冰 加权系数C＝-10 加权系数C＝0
浓雾 加权系数D＝-5 加权系数D＝0
利用云端信息获取模块获取转弯角角度α，根据加权公式(1)得到转弯角加权速度Vα；
Vα＝(-α÷90°)×10 (1)
设置车辆控制系统行驶基础速度为V0，利用加权公式(2)得到车辆控制系统当前期望速度Vi；
Vi＝V0+Vα+A+B+C+D (2)
将Vi与V1、V2、V3比较，若max(V1,V3)≤Vi≤V2，则控制车辆行驶车速V＝Vi；若V＜max(V1,V3)，则控制车辆行驶车速V＝max(V1,V3)；若Vi＞V2则车速V＝V2。
S5，由主控模块控制语音提示模块，将车辆控制执行情况反馈给驾驶员。
以上对本发明所提供的一种基于语音识别的汽车控制系统及其控制方法进行了详细介绍，本发明应用了具体个例对本发明的原理和实施方式进行了阐述，所要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于语音识别的车辆控制系统，其特征在于，包括启动开关、主控模块、语音获取模块、语音识别模块、存储模块、语音提示模块及云端信息获取模块，所述存储模块包括车辆行驶状态存储区和语音识别关键词词库；所述语音获取模块包括第一麦克风和第二麦克风，所述第二麦克风为喉震式麦克风，所述喉震式麦克风可在嘈杂环境时较准确地设别出语音信号；
所述语音识别模块、存储模块、语音提示模块、云端信息获取模块分别与主控模块相连，所述语音识别模块还与语音获取模块相连；所述语音获取模块采集语音信号传输给语音识别模块，所述语音识别模块将处理后的信息传输给主控模块；所述语音提示模块、存储模块、云端信息获取模块与主控模块之间均为双向通信；
所述云端信息获取模块为车载导航仪，用于获取云端导航信息与云端天气情况；
所述车辆控制系统由云端信息获取模块获取当前道路的最高车速与最低车速并传输给主控模块，利用加权公式得出车辆控制系统当前期望速度，将当前期望速度与道路的最高车速、最低车速进行对比，获得控制车速；所述加权公式为Vα＝(-α÷90°)×10和Vi＝V0+Vα+A+B+C+D，其中Vα为转弯角加权速度，α为转弯角角度，Vi为车辆控制系统当前期望速，V0为车辆控制系统行驶基础速度，A、B、C、D为天气情况的加权系数。
2.根据权利要求1所述的一种基于语音识别的车辆控制系统，其特征在于，所述主控模块还可与移动端平台双向通信，实现在移动端平台操作车辆控制系统。
3.一种基于语音识别的车辆控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，启动开关开启车辆控制系统；
S2，麦克风获取空气传播的语音信号、喉震式麦克风获取使用者喉咙振动信号，并将获取的语音信号及喉咙振动信号传输给语音识别模块；
S3，语音识别模块对获取的语音信号及喉咙振动信号同时进行识别，选择与语音识别关键词词库吻合度较高的信号作为有效控制信号，并传输给主控模块；
S4，主控模块依据识别的语音信号对车辆进行控制；
主控模块对识别的语音信号进行判断，若该识别的语音信号与车辆行驶状态存储区中存储的当前车辆行驶状态存在逻辑互锁关系则判定为无效指令，若无逻辑互锁关系则判定为有效指令；若有效指令为车辆行驶指令时，则车辆控制系统综合云端导航信息、云端天气情况确定车辆的行驶转动角度、行驶速度，控制车辆行驶；若有效指令为行驶目的地指令时，则车辆控制系统利用云端导航信息、云端天气情况合理安排车辆的行驶路线、行驶速度，并根据驾驶员后续指令实时修改行驶路线与速度；若有效指令为呼叫求助信号时，由移动端平台发出指令拨打预设电话求助，电话接通之后自动播报车辆当前位置信息、行驶信息与驾驶员对车辆的控制情况；所述车辆控制系统安排车辆行驶速度的过程为：由云端信息获取模块获取当前道路的最高车速与最低车速并传输给主控模块，利用加权公式得出车辆控制系统当前期望速度，将当前期望速度与道路的最高车速、最低车速进行对比，获得控制车速；所述加权公式为Vα＝(-α÷90°)×10和Vi＝V0+Vα+A+B+C+D，其中Vα为转弯角加权速度，α为转弯角角度，Vi为车辆控制系统当前期望速，V0为车辆控制系统行驶基础速度，A、B、C、D为天气情况的加权系数；
S5，由主控模块控制语音提示模块，将车辆控制执行情况反馈给驾驶员。
4.根据权利要求3所述的一种基于语音识别的车辆控制方法，其特征在于，所述S2中麦克风获取空气传播的语音信号、喉震式麦克风获取使用者喉咙振动信号均采用一级口令模式，一级口令在语音获取模块中验证正确之后的口令为有效口令；一级口令验证正确之后，若驾驶员发出语音指令，麦克风与喉震式麦克风同时对语音指令进行采集。
5.根据权利要求4所述的一种基于语音识别的车辆控制方法，其特征在于，所述一级口令分为导航目的地口令与语音控制口令两种。
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