JP2021063381A

JP2021063381A - 認証システム

Info

Publication number: JP2021063381A
Application number: JP2019188821A
Authority: JP
Inventors: 唯史松井; Tadashi Matsui
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-04-22

Abstract

【課題】車両に搭載された接近通報用のスピーカーを用いてユーザーの認証を行う認証システムを提供する。【解決手段】認証システムは、車両に搭載される。認証システムは、接近通報スピーカーと、マイクロホンとして利用される接近通報スピーカーから取得するユーザーの音声信号の周波数特性を補正する補正部と、補正部が補正した音声信号に基づいて、車両に対するユーザーの認証を行う認証部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、車両等に搭載される認証システムに関する。

近年の車両は、スマートエントリーシステムを備えている。スマートエントリーシステムにおいては、車両と無線通信する電子キーを携帯したユーザーに対して、ドアのアンロックやロック等の操作を許可する。一般に電子キーには、内蔵電池の消耗等によって車両と無線通信ができなくなった場合に備えて、メカニカルキーが設けられている（特許文献１参照）。

また、近年の電気自動車やハイブリッド自動車のような車両は、静音化が進んでいるので、周囲の歩行者等に注意を喚起するための接近通報音を出力するスピーカーを備えている。スピーカーは、一般に電気信号である音声信号をダイヤフラムの振動に変換して音声を出力するものであるが、逆にマイクロホンと同様に、音声によってダイヤフラムを振動させることで音声信号を電気信号として出力することができる（特許文献２、３、４参照）。

特開２００７−１０７３４８号公報特開平１−２２７５３５号公報特開平１−２８８０２４号公報特開２００１−３３２９９３号公報

電子キーが動作しない場合の対策としてメカニカルキーを設ける場合、電子キーが大きくなり、携帯のしやすさを損なう。他の対策を検討すると、車両が備える接近通報用のスピーカーをマイクロホンとして利用し、接近通報用のスピーカーに対する音声入力を認証のキーとして利用することが挙げられる。しかし、一般に接近通報用のスピーカーは、ユーザーの音声を入力しやすい位置には設けられておらず、接近通報用のスピーカーに入力される音声は、音声伝達経路の影響による周波数特性の変動が大きく、キーとして利用することは困難と考えられ、十分な検討がされていなかった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、接近通報用のスピーカーを用いてユーザーの認証を行う認証システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一局面は、車両に搭載される認証システムであって、接近通報スピーカーと、マイクロホンとして利用される接近通報スピーカーから取得するユーザーの音声信号の周波数特性を補正する補正部と、補正部が補正した音声信号に基づいて、車両に対するユーザーの認証を行う認証部とを備える、認証システムである。

本発明によれば、接近通報用のスピーカーが取得した音声信号を認証に適するように適宜補正することができるので、接近通報用のスピーカーを用いてユーザーの認証を行う認証システムを提供することできる。

本発明の第１実施形態に係る認証システムの構成図本発明の第１および第２実施形態に係る接近通報スピーカーの配置の例を示す図本発明の第１実施形態に係る処理を示すフローチャート本発明の第１実施形態に係る処理を示すフローチャート本発明の第２実施形態に係る認証システムの構成図本発明の第２実施形態に係る処理を示すフローチャート本発明の第２実施形態に係る処理を示すフローチャート

本発明の各実施形態に係る認証システムにおいては、ユーザーが接近通報スピーカーに入力する音声に基づいてユーザーの認証を行う。認証に用いる音声信号は、音声伝達経路の影響を打ち消すよう補正され、声紋や音素の特徴が明確となるので、精度よく認証を行うことができる。そのため、音声伝達経路が比較的長くその影響が大きい接近通報スピーカーであっても、認証のためのユーザーの音声信号の取得に好適に用いることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜構成＞
図１に、本実施形態に係る認証システム１の構成図を示す。認証システム１は、車両に搭載され、接近通報スピーカー１０と認証装置２０とを備える。

認証装置２０は、認証用の情報を記憶する記憶部２１、接近通報スピーカー１０から音声信号を取得する取得部２２、取得部２２が取得した音声信号の周波数特性を補正する補正部２３、補正部２３が補正した音声信号と記憶部２１が記憶する情報とに基づいて声紋認証を行う認証部（声紋認証部）２４、これらの各部を制御する制御部２５を含む。なお、これらの各部の機能は、１つの装置にまとめて実装されてもよく、複数の装置に分散して実装されてもよい。また、接近通報スピーカー１０と取得部２２との間に、音声信号を増幅する増幅器を設けてもよい。また、認証装置２０は、車両に搭載された他の装置（不図示）と通信可能に接続されており、制御部２５は、他の装置に適宜認証結果や認証結果に応じた指示等を出力することができる。

接近通報スピーカー１０は、車両の周囲の歩行者等に車両が接近していることを通知して注意を喚起するために特定の音を車外の所定範囲に出力するスピーカーである。このような本来の用途とは異なるが、接近通報スピーカー１０は、一般的なスピーカーと同様、マイクロホンとして動作することができる。図２に、接近通報スピーカー１０の配置の例を模式的に示す。接近通報スピーカー１０は、ハイブリッド自動車の場合、例えばエンジンのための吸気管１００内に設けられる。車両周囲の音声は、フロントグリル側の開口から、吸気管１００内を一定の長さだけ進んだのち、接近通報スピーカー１０に入力される。このように、接近通報スピーカー１０は、一般に、車両内部のユーザーが口を近づけにくい位置に配置される。そのため、ユーザーの音声は、ユーザーの口から接近通報スピーカー１０までの比較的長い音声伝達経路の伝達特性に応じて、周波数特性（例えば周波数ごとの音圧レベルおよび遅延量）が比較的大きく変化する。すなわち、ユーザーの音声は、ユーザーの声紋の特徴や、音声に含まれる音素の特徴が不明確となった状態で、接近通報スピーカー１０に入力される。

＜処理＞
以下に本実施形態に係る、認証システム１の処理を、図３および図４に示すフローチャートを参照して説明する。図３に示す処理は、初期処理として、例えば、ユーザーへの納車時にディーラーにおいて実行される、認証用の声紋を登録する処理である。図４に示す処理は、納車後、車両が停止しておりドアがロックされているときに、ユーザーが車両を使用したい場合に実行される認証処理である。

まず、図３を参照して初期処理を説明する。
（ステップＳ１０１）：ユーザーの発話音声に基づいて音声信号を取得する。これは、例えば、接近通報スピーカー１０と同一のスピーカーをユーザーの口の近傍に配置して、ユーザーに発話させて行う。これにより、音声伝達経路による音声への影響が比較的少ない状況下で接近通報スピーカー１０から取得する音声信号に近い音声信号が取得できる。

（ステップＳ１０２）：ユーザーの声紋を認証装置２０に登録する。これは、例えば、上述のスピーカーを接続したサービスツールから車両に音声信号を送信し、記憶部２１に記憶させることで行う。以上で初期処理を終了する。

次に、図４を参照して、認証処理を説明する。
（ステップＳ２０１）：認証装置２０の取得部２２は、車両が電源オフの状態でも待機しており、接近通報スピーカー１０から、音声信号を取得する。例えば、取得した音声信号が、一定の音圧レベルを超えている場合、次のステップに進み、そうでない場合は本ステップＳ２０１を繰り返してもよい。ユーザーが、例えばフロントグリルの近傍のような、接近通報スピーカー１０に比較的近い位置で、発話することによって、一例の音圧レベルの音声信号が取得される。なお、発話内容は、上述のステップＳ１０１での発話内容と同一内容を含んでいれば、後述の声紋認証の精度が向上し好ましい。

（ステップＳ２０２）：補正部２３は、音声信号を補正する。補正前の音声信号は、ユーザーの口から発話されて接近通報スピーカー１０に到達するまでの音声伝達経路の伝達特性に応じて変化した音声の信号である。そこで、例えば、この音声信号に対して、予め特定された音声伝達経路の伝達特性に基づいて、伝達特性の影響を打ち消すように周波数特性等を補正する演算を行うことで、ユーザーの声紋の特徴や、音声に含まれる音素の特徴をより明確に有する音声信号を得ることができる。演算内容は車種等に応じて予め定めておくことができる。なお、発話者を識別しやすくできれば、補正内容は限定されない。

（ステップＳ２０３）：認証部２４は、記憶部２１が記憶している音声信号と、ステップＳ２０２で補正された音声信号とを比較照合して、これらに含まれる声紋が同一人物のものであるか否かを判定する。同一人物のものであると判定できれば、認証成功と判定して、ステップＳ２０４に進む。同一人物のものであると判定できなければ認証失敗と判定して、ステップＳ２０１の音声取得処理に戻る。

（ステップＳ２０４）：制御部２５は、ドアのロックを制御する装置に、アンロックを指示する。

（ステップＳ２０５）：制御部２５は、エンジンの燃料噴射を制御する装置に、エンジン始動を許可する通知を送信する。制御部は、ステップＳ２０４およびＳ２０５のように、認証に成功したユーザーに与えられる車両に対する権限に応じて、車両の各部を制御する装置に適宜、指示や通知を行う。なお、ステップＳ２０４およびＳ２０５の処理は例示である。これにより、ユーザーは車両を運転する等、使用が可能になる。以上で認証処理を終了する。なお、この認証処理は、典型的には電子キーが電池切れによって使用できない等の問題発生時に実行される非常処理である。ユーザーには、この後直ちに電子キーの電池を交換する等、問題の解決を行うことが期待される。

なお、上述のステップＳ１０２で、記憶部２１は音声信号の代わりに音声信号から抽出したユーザーの声紋の特徴を表す情報を記憶しておき、ステップＳ２０３で、認証部２４は、記憶部２１が記憶している声紋の特徴を表す情報を用いて、認証を行ってもよい。

＜効果＞
本実施形態の認証システム１においては、ユーザーの声紋に基づいて認証を行う。認証に用いる音声信号は、例えば音声伝達経路の影響を打ち消すよう補正され、声紋の特徴が明確となるので、精度よく認証を行うことができる。そのため、音声伝達経路が比較的長くその影響が大きい接近通報スピーカー１０を、声紋による認証用の音声信号の取得に好適に用いることができる。そのため、新たに音声取得用のマイクロホンを設ける必要がなく、コストを抑制することができる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。第１実施形態では、ユーザーの声紋に基づいて認証を行うが、本実施形態では、キーワードに基づいて認証を行う。第１実施形態と同様の事項については、説明を適宜省略する。

＜構成＞
図５に、本実施形態に係る認証システム２の構成図を示す。認証システム２は、車両に搭載され、接近通報スピーカー１０と認証装置３０とを備える。

認証装置３０は、認証用の情報を記憶する記憶部３１、接近通報スピーカー１０から音声信号を取得する取得部３２、取得部３２が取得した音声信号の周波数特性を補正する補正部３３、補正部３３が補正した音声信号と記憶部３１が記憶する情報とに基づいてキーワード認証を行う認証部（キーワード認証部）３４、これらの各部を制御する制御部３５を含む。また、制御部３５は、他の装置に適宜認証結果や認証結果に応じた指示を出力することができる。

＜処理＞
以下に本実施形態に係る、認証システム２の処理を、図６および図７に示すフローチャートを参照して説明する。図６に示す処理は、初期処理である。図７に示す処理は、認証処理である。

まず、図６を参照して初期処理を説明する。
（ステップＳ３０１）：ユーザーの発話音声に基づいて音声信号を取得する。これは、例えば、接近通報スピーカー１０と同一のスピーカーをユーザーの口の近傍に配置して、予め用意された質問に対する回答をユーザーにキーワードとして発話させて行う。ユーザーには、このキーワードを記憶し、また、他人に不用意に教えないことが期待される。

（ステップＳ３０２）：キーワードを認証装置３０に登録する。これは、例えば、上述のスピーカーを接続したサービスツールから車両に音声信号を送信し、記憶部３１に記憶させることで行う。また、キーワードに対応付けて上記の質問の内容も記憶部３１に記憶させる。以上で初期処理を終了する。

次に、図７を参照して、認証処理を説明する。
（ステップＳ４０１）：取得部３２は、接近通報スピーカー１０から、音声信号を取得する。本ステップでユーザーに期待される発話内容は、キーワードではなく、キーワード認証を実行することを要求する特定の起動ワードである。

（ステップＳ４０２）：補正部３３は、音声信号を補正する。補正方法は、第１実施形態と同様であるが、音声信号に含まれる音素を識別しやすくできれば、補正内容は限定されない。

（ステップＳ４０３）：制御部３５は、ステップＳ４０２で補正された音声信号に含まれる音素列が起動ワードと一致するか否かを判定する。なお、この起動ワードは、予め記憶部３１に記憶させておく。一致すると判定できれば、キーワード認証を行うため、ステップＳ４０４に進む。一致すると判定できなければ、ステップＳ４０１の音声取得処理に戻る。

（ステップＳ４０４）：制御部３５は、記憶部３１が記憶している質問内容に基づいて音声信号を生成して、接近通報スピーカー１０にその質問を音声で出力させる。

（ステップＳ４０５）：取得部３２は、接近通報スピーカー１０から、音声信号を取得する。例えば、取得した音声信号が、一定の音圧レベルを超えている場合、次のステップに進み、そうでない場合は本ステップＳ４０５を繰り返してもよい。また、一定期間、一定の音圧レベル以上の音声信号を取得できない場合は、ステップＳ４０１の音声取得処理に戻ってもよい。本ステップでユーザーに期待される発話内容は、上述のキーワードである。

（ステップＳ４０６）：補正部３３は、ステップＳ４０２と同様に、音声信号を補正する。

（ステップＳ４０７）：認証部３４は、記憶部３１が記憶している音声信号と、ステップＳ４０６で補正された音声信号とを比較照合して、これらに含まれる音素列が一致するか否かを判定する。一致すると判定できれば、認証成功と判定して、ステップＳ４０８に進む。一致すると判定できなければ認証失敗と判定して、ステップＳ４０１の音声取得処理に戻る。

（ステップＳ４０４）：制御部３５は、ドアのロックを制御する装置に、アンロックを指示する。

（ステップＳ４０８）：制御部３５は、エンジンの燃料噴射を制御する装置に、エンジン始動を許可する通知を送信する。以上で認証処理を終了する。

なお、上述のステップＳ３０２で、記憶部３１は音声信号の代わりに音声信号から抽出したキーワードを表す音素列の情報を記憶しておき、ステップＳ４０７で、認証部３４は、記憶部３１が記憶している音素列の情報を用いて、認証を行ってもよい。

＜効果＞
本実施形態の認証システム２においては、ユーザーが発話するキーワードに基づいて認証を行う。第１の実施形態と同様、認証に用いる音声信号は、例えば音声伝達経路の影響を打ち消すよう補正され、各音素の特徴が明確となるので、精度よく認証を行うことができる。そのため、音声伝達経路が比較的長くその影響が大きい接近通報スピーカー１０を、キーワードによる認証用の音声信号の取得に好適に用いることができる。そのため、新たに車外の音声を取得するマイクロホンを設ける必要がなく、コストを抑制することができる。

以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、各実施形態の処理内容を適宜変更、組み合わせて実施できる。例えば、第１実施形態の声紋認証と第２実施形態のキーワード認証とを組み合わせて認証を行ってもよい。

本発明は、車両の認証システムだけでなく、認証装置、プロセッサとメモリを備えた認証装置が実行する制御方法、制御プログラム、制御プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体、認証システムを備えた車両等として捉えることが可能である。

本発明は、車両等に搭載される認証システムに有用である。

１、２認証システム
１０接近通報スピーカー
２０、３０認証装置
２１、３１記憶部
２２、３２取得部
２３、３３補正部
２４、３４認証部
２５、３５制御部

Claims

車両に搭載される認証システムであって、
接近通報スピーカーと、
マイクロホンとして利用される前記接近通報スピーカーから取得するユーザーの音声信号の周波数特性を補正する補正部と、
前記補正部が補正した音声信号に基づいて、前記車両に対する前記ユーザーの認証を行う認証部とを備える、認証システム。