夏嵩勇，王漢斯，董奇奇（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

語音識別與汽車空調控制匹配技術的開發(fā)研究

夏嵩勇，王漢斯，董奇奇
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章提出一種語音識別與汽車空調控制匹配技術的總體結構框架，包括語音識別后的信號處理及汽車空調系統(tǒng)的響應。在車載環(huán)境下，利用語音識別系統(tǒng)對駕駛人員意圖進行識別，然后輸出給空調控制系統(tǒng)?？照{控制系統(tǒng)對空調各模式進行自動控制，以達到語音控制的目標并反饋給語音系統(tǒng)。

關鍵詞：語音識別；智能空調；智能控制；汽車空調

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.020

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-50-03

引言

現在汽車上使用的電器越來越多，駕駛員需要手動操作的電器開關也越來越多，不但增加了駕駛員的負擔，還影響了行車安全。當前，普通空調控制均采用按鍵及旋鈕的控制方式，需要手動對空調的設定溫度、模式等進行調節(jié)，存在著諸多的不便利性。

語音識別技術，目的就是將人類的語音信號轉換為計算機可以識別信號的一種技術。目前，在涉及日常生活的各個方面如電信、金融、新聞、公共事業(yè)等各個行業(yè)逐漸成熟應用。

在汽車上使用語音識別技術進行操作控制車用電器，能夠給使用者帶來極大的方便。尤其是在人的雙手被占用而無法操作時，語音操作尤為重要?，F有語音技術主流是用于撥打/接聽電話、影音播放功能，很少有將語音識別技術應用到汽車空調控制系統(tǒng)中的應用。然而語音控制空調系統(tǒng)進行除霜、溫度調節(jié)等必將成為駕駛員駕駛時的良好幫手，成為智能控制空調系統(tǒng)的一種發(fā)展趨勢。

1、語音識別與汽車空調控制的匹配的框架設計

1.1 語音識別與汽車空調控制的實現目標

語音識別與空調系統(tǒng)的匹配研究目標是讓駕駛員在啟動語音的情況下，實現對空調系統(tǒng)的進風模式、出風模式、A/C狀態(tài)、出風溫度及不同溫區(qū)的溫度控制等。

1.2 語音識別與汽車空調控制的匹配的框架

語音識別與汽車空調控制匹配技術主要分為語音控制模塊、空調控制模塊與CAN網絡匹配模塊三部分。由語音識別模塊判斷駕駛員控制意圖，CAN網絡模塊將意圖傳遞到空調控制模塊并反饋信息。

如圖1所示，駕乘人員開啟語音控制系統(tǒng)，進行服務空調控制器的服務需求，語音模塊對駕乘人員的語音操作進行識別判斷，理解駕乘人員的空調控制意圖，后通過CAN玩過傳輸到空調控制模塊?？照{控制模塊取現有的的空調參數，通過計算分析后，進行空調控制方面的調整后，并通過CAN網絡將結果輸出給語音模塊。

2、語音控制模塊的設計

2.1 語音識別的簡述

語音識別是指從語音到文本的轉換，即讓計算機能夠把人發(fā)出的有意義的話音變成書面語言。通俗地說就是讓機器能夠聽懂人說的話。所謂聽懂，有兩層意思，一是指把用戶所說的話逐詞逐句轉換成文本；二是指正確理解語音中所包含的要求，做出正確的應答。

如圖2所示，語音識別系統(tǒng)首先經過預處理（主要防混疊濾波、自動增益控制、模數轉換、消除噪聲、端點檢測等），然后進行特征分析，再通過查詢標準模板庫，即可以實現語音的識別問題。

2.2 語音識別的方案

語音識別的方案主要有模糊匹配法與隨機模型法兩種方法。模板匹配法即在訓練階段，用戶將詞匯表中的每一詞依次說一遍，并且將其特征矢量作為模板存入模板庫。然后在識別階段，將輸入語音的特征矢量依次與模板庫中的每個模板進行相似度比較，將相似度最高者作為識別結果輸出。隨機模型法即采用HMM模型，使用概率參數來進行估計和判決。

語音控制模塊的物理布置方案如下，控制系統(tǒng)集成在車輛的MP5中，語音輸入模塊集成在車輛A柱中。

如圖3所示，按照句法層、字層、語音層及聲學層四層分別進行逐步查詢識別。首先是句法層，每個句子由若干字構成，每個字都選自于字庫；其次是字層，每個字由音子串接而成，需要一個數據庫來描述每一個字如何用音子串接的；然后是語音層，每個音子用一個HMM模型及其相應的參數來描述（狀態(tài)及其狀態(tài)間的轉移）；最后是聲學層，用來提取語音幀特征矢量。

對系統(tǒng)中的每個字，做一個碼本作為該字的參考（標準）模板,共有M個字，故共有M個碼本，組成一個模板庫。

如圖4所示識別時，對于任意輸入的語音特征矢量序列X＝{X1 , X2 , … , Xn}，計算該序列中每一個特征矢量對模板庫Y＝{Y1 , Y2 , … , Yn}中的每個碼本的總平均失真量誤差，找出最小的失真誤差對應的碼本（代表一個字），將對應的字輸出作為識別的結果，同時完成了語音的識別。

3、空調控制模塊的設計

3.1 汽車自動空調的簡述

語音識別與汽車空調的匹配技術需要應用在自動空調系統(tǒng)上，一般手動空調無法接收語音的信號輸入與輸出。

自動空調系統(tǒng)通常通過采集大氣環(huán)境溫度、駕駛室內環(huán)境溫度、陽光補償、發(fā)動機水溫、車速、濕度及發(fā)動機轉速等信號，再經過空調控制器的數據分析及計算，控制各個風門的開度得以控制駕駛室內的溫度及出風口風量以達到最佳的舒適性要求。

3.2 空調控制方案

當語音將駕駛員的操作意圖通過CAN網絡傳輸到空調控制模塊時，空調控制模塊讀取現有空調的狀態(tài)，分析判斷后向空調驅動電機發(fā)送驅動指令，并將運算結果通過CAN網絡反饋給語音控制模塊。

通過語音控制空調方案，基本可以實現現有的所有空調功能。舉例說明，如圖5所示，當駕駛員發(fā)出“溫度升高一點”的指令，語音系統(tǒng)將指令轉化為CAN網絡中X地址位的Y參數，并發(fā)送給空調控制模塊。空調控制模塊接收到此信號后，讀取現有空調溫度A℃，進行處理，將（A+1）℃指令通過驅動電機進行實現，并反饋給語音模塊播報，同時在MP5上顯示空調當前模式轉換。若是(A+1)℃>空調最高設定問題，則播報空調設定達到最高溫度。

經過對駕駛習慣的常用模式調節(jié)的調查，對語音控制雙溫區(qū)空調系統(tǒng)形成以下表1的控制形式，可以實現用戶智能的控制空調系統(tǒng)功能。

3.3 主要功能說明

從當前CAN總線系統(tǒng)網絡拓撲架構分析，擬將語音模塊依托MP5模塊搭載在車身CAN總線上實現CAN網絡通訊，語音識別系統(tǒng)識別駕駛員的語音意圖對語音信號進行運算，將其轉化為CAN網絡信號依托MP5模塊發(fā)送給空調控制模塊?？照{控制模塊對CAN網絡信號進行識別判斷，判斷完成后，空調控制模塊直接控制各驅動電機，進行空調的調節(jié)。

表1　CAN網絡模塊設計表

4、結論

本文介紹了語音識別與空調控制系統(tǒng)匹配技術，對語音識別系統(tǒng)及空調控制方面進行了介紹。語音識別與空調控制系統(tǒng)匹配技術的難點主要在于對駕駛員意圖的識別，語音的抗干擾能力，駕駛員常用空調模式的選擇及空調控制的策略方面。

參考文獻

[1] 邵學斌.基于語音識別的汽車空調控制系統(tǒng)[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用,2002(10):63.

[2] 張新豐.汽車語控智能電器系統(tǒng)[J].汽車工程,2007(07):601.

[3] 文頌.汽車雙溫區(qū)空調智能控制系統(tǒng)的研究與設計[C].東華大學碩士論文集,2013.

Research On Voice Recognition and Madching Technology Of Car Air Conditioning

Xia Songyong, Wang Hansi, Dong Qiqi
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:Speech recognition is presented in this paper and framework of auto air-conditioning control matching technology, including voice recognition and signal processing and after response of automotive air conditioning systems. In-vehicle environments that use voice recognition system to identify the driver intent, and then output for air-conditioning control system. Than air conditioning control system control air conditioning mode, in order to achieve target and feedback to the voice of the voice control system.

Keywords:Voice recognition; Intelligent air conditioning; Intelligent control; Car air condition

作者簡介：夏嵩勇，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術中心。

中圖分類號：U463.6

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-50-03