CN107901915A - 基于语音控制的车辆驾驶自动化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于语音控制的车辆驾驶自动化系统及方法，包括：语音输入按键，用于触发语音控制；语音输入模块，用于采集语音信号；语义识别模块，用于识别语音信号所期望的控制命令项；身份识别模块，用于识别语音信号是否来自于驾驶员；控制模块，基于语义识别结果、身份识别结果、语音输入按键的状态以及待控制的驾驶自动化单元的状态来确定是否执行控制命令项，以及发出控制命令和反馈信息；语音输出模块，用于语音播报所述反馈信息；显示模块，用于显示所述反馈信息；驾驶自动化单元，执行控制模块所发出的控制指令。本发明能够通过语音控制，能够快捷方便完成设置，驾驶负担小，且提升了驾驶安全性和舒适性。

Description

基于语音控制的车辆驾驶自动化系统及方法
技术领域
本发明属于汽车自动驾驶技术，具体涉及一种基于语音控制的车辆驾驶自动化系统及方法。
背景技术
随着汽车技术的发展，智能化已经成为最重要的发展方向之一，其中，智能驾驶和智能交互是关注的焦点。驾驶自动化系统正在逐步辅助或代替驾驶员执行驾驶任务，减轻驾驶员的驾驶负担，提升驾驶舒适性。比如，自适应巡航控制系统，通过自动控制动力和制动系统来实现车辆纵向运动的自动控制。而在智能交互领域，语音控制使用方便、操作负担小、用户体验好，正在成为智能交互的重要方向。比如，语音控制空调、导航、电话、门窗等已经获得成熟的应用。
然而，到目前为止，对于驾驶自动化系统的操作控制仍通过按键来实现，语音控制未涉及智能驾驶领域。按键操作需要驾驶员的手动执行，而且还要保证准确操作多个按键选项，需要消耗更多的精力，对于驾驶安全性和舒适性都有一定的影响。并且，有些操作并不能一键完成。比如，驾驶员期望调整巡航的速度，如果期望的目标速度与当前的目标速度偏差较大，需要多次操作或者持续较长时间的操作按键才能完成，而且还需要同步关注巡航速度的变化，体验感较差。
因此，有必要开发一种基于语音控制的车辆驾驶自动化系统及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于语音控制的车辆驾驶自动化系统及方法，能通过语音控制，能快捷方便完成设置，驾驶负担小，且能提升驾驶安全性和舒适性。
本发明所述的基于语音控制的车辆驾驶自动化系统，包括：
语音输入模块，用于采集语音信号；
语义识别模块，用于识别语音信号所期望的控制命令项，该语义识别模块与语音输入模块连接；
语音输入按键，用于触发语音控制；
身份识别模块，用于识别语音信号是否来自于驾驶员，该身份识别模块分别与语音输入按键和语音输入模块连接；
控制模块，基于语义识别结果、身份识别结果、语音输入按键的状态以及待控制的驾驶自动化单元的状态来确定是否执行控制命令项，以及发出控制命令和反馈信息，该控制模块分别与语音输入按键、语义识别模块和身份识别模块连接；
语音输出模块，用于语音播报所述反馈信息，该语音输出模块与控制模块连接；
显示模块，用于显示所述反馈信息，该显示模块与控制模块连接；
驾驶自动化单元，执行控制模块所发出的控制指令，该驾驶自动化单元分别与控制模块和显示模块连接。
所述语音输入按键安装在方向盘上，方便驾驶员操作，避免其他非驾驶员操作。
本发明所述的一种通过语音控制的车辆驾驶自动化系统的方法，采用本发明所述的基于语音控制的车辆驾驶自动化系统，其方法包括：
语音输入模块采集语音信号，并发送给语义识别模块进行语义识别处理；
身份识别模块通过语音输入按键的状态和语音信号的声纹来判断该语音信号的身份是否为驾驶员；
语义识别模块识别该语音信号的语义，将所识别出的语义与存储于车上的语义库进行匹配，并将匹配结果发给控制模块；
控制模块根据语义识别模块所匹配的结果，并结合驾驶自动化单元的状态、身份识别模块的识别结果以及语音输入按键的状态，判断控制命令项的有效性，如果控制命令项有效，则通过控制模块向驾驶自动化单元发出控制命令，以及向语音输出模块和显示模块发出反馈信息，驾驶自动化单元基于该控制命令执行相应操作，语音输出模块通过语音播报该反馈信息，并通过显示模块显示该反馈信息；如果控制命令项无效，则向语音输出模块和显示模块发出反馈信息，由语音输出模块通过语音播报该反馈信息，并通过显示模块显示该反馈信息。
判断语音信号的身份是否为驾驶员的方法为：
若检测到语音输入按键被触发，则认为语音信号的身份为驾驶员；
若检测到语音输入按键未被触发，则识别该语音信号的声纹，并与本车上所存储的声纹库进行匹配，若匹配成功，则认为语音信号的身份为驾驶员，若匹配不成功，则认为语音信号的身份为非驾驶员；避免出现非驾驶员期望的语音控制输入。
对同一个控制指令项，在语义库中设置有包含关键词的多个模糊语音命令；能够提升正确识别的概率和用户的体验，
所述控制命令项分为安全命令项和非安全命令项，当系统识别出控制命令项为安全命令项时，发出是否执行该控制命令项的反馈信息，并在收到驾驶员同意执行该控制命令项后再发出控制命令；
所述安全命令项是指影响行驶中的车辆的安全性的命令；
所述非安全命令项是指不会影响行驶中的车辆的安全性的命令；以提高驾驶的安全性。
当同时满足条件1至条件3时，则认为控制命令项有效，否则认为控制命令项无效；
条件1、控制命令项合理；
条件2、语音信号的身份为驾驶员
条件3、驾驶自动化单元能执行此控制命令项。
还包括：通过语音输入按键取消本次语音控制，如果在本车的声纹库中的乘客发出不期望的语音控制命令，驾驶员可以通过语音输入按键取消本次语音命令。
在通过语音输入按键触发语音控制，在完成一次对驾驶自动化单元的语音控制后，将该语音的声纹自动临时加入声纹库，该声纹在本点火周期内驾驶员离开前一直保存；这样，该驾驶员就可以不用按键，直接通过特定的语音控制命令来唤醒语音控制。当驾驶员离开座位或者整车下电时，临时声纹库中的该声纹自动清除。
进一步，当系统的语音控制被触发后，若在预设时间内未收到驾驶员的语音指令或驾驶员确认命令，则自动终止本次语音控制。
本发明的有益效果： 驾驶员能够在不需要操作按键的情况下完成对驾驶自动化单元的操作控制，在语音控制过程中，系统通过语音来反馈驾驶员的操作，保证驾驶员在无需动手和转移视线的情况下完成和驾驶自动化单元的“对话”，且安全可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1、语音输入模块，2、语义识别模块，3、身份识别模块，4、控制模块，5、驾驶自动化单元，6、显示模块，7、语音输出模块，8、语音输入按键，9、语义识别，10、语义库，11、控制项识别，12、声纹识别，13、声纹库，14、身份识别，15、控制项有效性判断，16、控制命令输出，17、反馈信息输出。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示的基于语音控制的车辆驾驶自动化系统，包括语音输入模块1、语义识别模块2、身份识别模块3、控制模块4、驾驶自动化单元5、显示模块6、语音输出模块7和语音输入按键8。其中，语音输入模块1分别与语义识别模块2、身份识别模块3连接，语音输入按键8与身份识别模块3连接，语音输入按键8、语义识别模块2和身份识别模块3分别与控制模块4连接，控制模块4分别与驾驶自动化单元5、显示模块6和语音输出模块7连接，驾驶自动化单元5和显示模块6连接。
本实施例中，各模块所起到的作用如下：
语音输入按键8用于触发语音控制。
语音输入模块1用于采集语音信号。
语义识别模块2用于识别语音信号所期望的控制命令项。
身份识别模块3用于识别语音信号是否来自于驾驶员。
控制模块4基于语义识别结果、身份识别结果、语音输入按键8的状态以及待控制的驾驶自动化单元5的状态来确定是否执行控制命令项，以及发出控制命令和反馈信息。
语音输出模块7用于语音播报所述反馈信息。
显示模块6用于显示所述反馈信息。
驾驶自动化单元5执行控制模块4所发出的控制指令。驾驶自动化单元5是辅助或代替驾驶员执行驾驶任务的系统的统称，具体控制可包括功能开启和关闭、纵向运动控制中的速度和跟车距离调节、横向运动控制中的换道等。
本发明所述的一种通过语音控制的车辆驾驶自动化系统的方法，包括：
语音输入模块1采集语音信号，并发送给语义识别模块2进行语义识别处理。
身份识别模块3通过语音输入按键8的状态和语音信号的声纹来判断该语音信号的身份是否为驾驶员。
语义识别模块2识别该语音信号的语义，将所识别出的语义与存储于车上的语义库进行匹配，并将匹配结果发给控制模块4。
控制模块4根据语义识别模块2所匹配的结果，并结合驾驶自动化单元5的状态、身份识别模块3的识别结果以及语音输入按键8的状态，判断控制命令项的有效性，如果控制命令项有效，则通过控制模块4向驾驶自动化单元5发出控制命令，以及向语音输出模块7和显示模块6发出反馈信息，驾驶自动化单元5基于该控制命令执行相应操作，语音输出模块7通过语音播报该反馈信息，并通过显示模块6显示该反馈信息；如果控制命令项无效，则向语音输出模块7和显示模块6发出反馈信息，由语音输出模块7通过语音播报该反馈信息，并通过显示模块6显示该反馈信息。
本实施例中，判断语音信号的身份是否为驾驶员的方法为：
如果语音控制由语音输入按键8触发，可以直接判断该语音信号来自于驾驶员，因为，语音输入按键8会布置在只有驾驶员方便操作的位置，比如在方向盘上。并且，驾驶员可以随时通过语音输入按键8取消本次语音控制，避免出现非预期的车辆运动控制。
如果语音控制不通过语音输入按键8触发，而是通过特定的语音控制命令触发，需要对语音信号进行声纹识别。
本实施例中，语义识别模块2包括语义识别9、语义库10和控制项识别11，语义识别9识别出语音信号的具体语义，控制项识别11将该语义与语义库10进行匹配，将匹配结果发给控制模块4。
为提升正确识别的概率和用户的体验， 对同一个控制项，在语义库10中设置包含关键词的多个模糊语音命令，同时考虑不同方言的语言特点。比如，巡航速度的设置，可以采用“巡航XXX/巡航速度XXX/巡航车速XXX/设定巡航速度XXX/设定巡航车速XXX /设置巡航速度XXX/设置巡航车速XXX/.....”等多个语音指令。
本实施例中，身份识别模块3包括声纹识别12、声纹库13和身份识别14。声纹识别12识别出语音信号的声纹，身份识别14将该声纹与本车所存储的声纹库13进行匹配，将匹配结果发给控制模块4。只有匹配成功后，控制模块4才能响应对驾驶自动化单元5的语音控制要求。并且，驾驶员可以随时通过语音输入按键8取消本次语音控制，避免出现非预期的车辆运动控制。
驾驶员可以在行驶前将自己的声纹录入本车所存储的声纹库13。如果在使用前未录入声纹库13，也可以通过语音输入按键8触发语音控制，在完成一次合法的对驾驶自动化系统的语音控制后，将该语音的声纹自动临时加入声纹库13，该声纹在本点火周期内驾驶员离开前一直保存。之后的行程中，就可以不用按语音输入按键8，直接通过特定的语音控制命令来唤醒语音控制。当驾驶员离开座位或者整车下电时，临时加入声纹库13中的该声纹自动清除。
本实施例中，控制模块4包括控制项有效性判断15、控制命令输出16和反馈信息输出17。控制模块4收到控制项识别11输入的具体的控制命令项时，结合驾驶自动化单元5的状态、身份识别模块3的结果和语音输入按键8的状态，执行控制项有效性判断15，判断控制命令的有效性。如果控制命令项有效，则通过控制命令输出16向驾驶自动化单元5发出控制命令，通过反馈信息输出17发出反馈信息；如果控制命令项无效，则通过反馈信息输出17发出反馈信息。
本实施例中，控制命令项有效性判断包括控制项是否合理、语音控制命令是否来自于驾驶员和驾驶自动化系统是否能执行此控制命令项。当同时满足条件1至条件3时，则认为控制命令项有效，否则认为控制命令项无效；
条件1、控制命令项合理；
条件2、语音信号的身份为驾驶员
条件3、驾驶自动化单元能执行此控制命令项。
反馈信息输出17通过语音输出模块7和显示模块6反馈给驾驶员，完成与驾驶员交互的闭环。比如：驾驶员语音输入的巡航速度超出驾驶自动化单元5的工作范围，语音输出模块7发出“超出巡航速度设置范围，请重新设置！”的语音反馈信息给驾驶员，同时显示模块6也进行相关的提示。比如：驾驶员期望激活主动转向功能，而控制项有效性判断15判断未识别到车道线不满足激活条件时，语音输出模块7发出“主动转向无法激活，未识别到车道线！”语音反馈信息给驾驶员，同时显示模块6也进行相关的提示。
为了提高驾驶的安全性，将控制命令项分为安全命令项和非安全命令项，当系统识别出控制命令项为安全命令项时，发出是否执行该控制命令项的反馈信息，并在收到驾驶员同意执行该控制命令项后再发出控制命令。对于非安全命令项，则可以不发出是否执行该控制命令项的反馈信息。
本实施例中，所述安全命令项是指影响行驶中的车辆的安全性的命令。所述非安全命令项是指不会影响行驶中的车辆的安全性的命令。比如，控制模块4收到控制项识别11输入的具体的控制命令项为调整巡航速度，通过语音输出模块7发出“是否将巡航速度设置为XXXkm/h，请确认！”的确认请求，如果收到“是/确认/OK/好的/好！”等语音指令，则通过控制命令输出16向驾驶自动化单元5发出控制命令。
语音控制被触发后，如果在一定的时间内未收到驾驶员的语音命令或驾驶员确认命令，自动终止本次语音控制。

Claims (10)

1.一种基于语音控制的车辆驾驶自动化系统，其特征在于，包括：
语音输入模块（1），用于采集语音信号；
语义识别模块（2），用于识别语音信号所期望的控制命令项，该语义识别模块（2）与语音输入模块（1）连接；
语音输入按键（8），用于触发语音控制；
身份识别模块（3），用于识别语音信号是否来自于驾驶员，该身份识别模块（3）分别与语音输入按键（8）和语音输入模块（1）连接；
控制模块（4），基于语义识别结果、身份识别结果、语音输入按键（8）的状态以及待控制的驾驶自动化单元（5）的状态来确定是否执行控制命令项，以及发出控制命令和反馈信息，该控制模块（4）分别与语音输入按键（8）、语义识别模块（2）和身份识别模块（3）连接；
语音输出模块（7），用于语音播报所述反馈信息，该语音输出模块（7）与控制模块（4）连接；
显示模块（6），用于显示所述反馈信息，该显示模块（6）与控制模块（4）连接；
驾驶自动化单元（5），执行控制模块（4）所发出的控制指令，该驾驶自动化单元（5）分别与控制模块（4）和显示模块（6）连接。
2.根据权利要求1所述的基于语音控制的车辆驾驶自动化系统，其特征在于：所述语音输入按键（8）安装在方向盘上。
3.一种通过语音控制的车辆驾驶自动化系统的方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的基于语音控制的车辆驾驶自动化系统，其方法包括：
语音输入模块（1）采集语音信号，并发送给语义识别模块（2）进行语义识别处理；
身份识别模块（3）通过语音输入按键（8）的状态和语音信号的声纹来判断该语音信号的身份是否为驾驶员；
语义识别模块（2）识别该语音信号的语义，将所识别出的语义与存储于车上的语义库进行匹配，并将匹配结果发给控制模块（4）；
控制模块（4）根据语义识别模块（2）所匹配的结果，并结合驾驶自动化单元（5）的状态、身份识别模块（3）的识别结果以及语音输入按键（8）的状态，判断控制命令项的有效性，如果控制命令项有效，则通过控制模块（4）向驾驶自动化单元（5）发出控制命令，以及向语音输出模块（7）和显示模块（6）发出反馈信息，驾驶自动化单元（5）基于该控制命令执行相应操作，语音输出模块（7）通过语音播报该反馈信息，并通过显示模块（6）显示该反馈信息；如果控制命令项无效，则向语音输出模块（7）和显示模块（6）发出反馈信息，由语音输出模块（7）通过语音播报该反馈信息，并通过显示模块（6）显示该反馈信息。
4.根据权利要求3所述的语音控制的车辆驾驶自动化系统的方法，其特征在于：判断语音信号的身份是否为驾驶员的方法为：
若检测到语音输入按键（8）被触发，则认为语音信号的身份为驾驶员；
若检测到语音输入按键（8）未被触发，则识别该语音信号的声纹，并与本车上所存储的声纹库进行匹配，若匹配成功，则认为语音信号的身份为驾驶员，若匹配不成功，则认为语音信号的身份为非驾驶员。
5.根据权利要求4所述的语音控制的车辆驾驶自动化系统的方法，其特征在于：对同一个控制指令项，在语义库中设置有包含关键词的多个模糊语音命令。
6.根据权利要求5所述的语音控制的车辆驾驶自动化系统的方法，其特征在于：所述控制命令项分为安全命令项和非安全命令项，当系统识别出控制命令项为安全命令项时，发出是否执行该控制命令项的反馈信息，并在收到驾驶员同意执行该控制命令项后再发出控制命令；
所述安全命令项是指影响行驶中的车辆的安全性的命令；
所述非安全命令项是指不会影响行驶中的车辆的安全性的命令。
7.根据权利要求6所述的语音控制的车辆驾驶自动化系统的方法，其特征在于：当同时满足条件1至条件3时，则认为控制命令项有效，否则认为控制命令项无效；
条件1、控制命令项合理；
条件2、语音信号的身份为驾驶员
条件3、驾驶自动化单元（5）能执行此控制命令项。
8.根据权利要求3至7任一所述的语音控制的车辆驾驶自动化系统的方法，其特征在于：还包括：通过语音输入按键（8）取消本次语音控制。
9.根据权利要求8所述的语音控制的车辆驾驶自动化系统的方法，其特征在于：在通过语音输入按键（8）触发语音控制，在完成一次对驾驶自动化单元（5）的语音控制后，将该语音的声纹自动临时加入声纹库，该声纹在本点火周期内驾驶员离开前一直保存。
10.根据权利要求3或4或5或6或7或9所述的语音控制的车辆驾驶自动化系统的方法，其特征在于：当系统的语音控制被触发后，若在预设时间内未收到驾驶员的语音指令或驾驶员确认命令，则自动终止本次语音控制。
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