语音识别与汽车空调控制匹配技术的开发研究

夏嵩勇，王汉斯，董奇奇（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

语音识别与汽车空调控制匹配技术的开发研究

夏嵩勇，王汉斯，董奇奇
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章提出一种语音识别与汽车空调控制匹配技术的总体结构框架，包括语音识别后的信号处理及汽车空调系统的响应。在车载环境下，利用语音识别系统对驾驶人员意图进行识别，然后输出给空调控制系统。空调控制系统对空调各模式进行自动控制，以达到语音控制的目标并反馈给语音系统。

关键词：语音识别；智能空调；智能控制；汽车空调

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

现在汽车上使用的电器越来越多，驾驶员需要手动操作的电器开关也越来越多，不但增加了驾驶员的负担，还影响了行车安全。当前，普通空调控制均采用按键及旋钮的控制方式，需要手动对空调的设定温度、模式等进行调节，存在着诸多的不便利性。

语音识别技术，目的就是将人类的语音信号转换为计算机可以识别信号的一种技术。目前，在涉及日常生活的各个方面如电信、金融、新闻、公共事业等各个行业逐渐成熟应用。

在汽车上使用语音识别技术进行操作控制车用电器，能够给使用者带来极大的方便。尤其是在人的双手被占用而无法操作时，语音操作尤为重要。现有语音技术主流是用于拨打/接听电话、影音播放功能，很少有将语音识别技术应用到汽车空调控制系统中的应用。然而语音控制空调系统进行除霜、温度调节等必将成为驾驶员驾驶时的良好帮手，成为智能控制空调系统的一种发展趋势。

1、语音识别与汽车空调控制的匹配的框架设计

1.1 语音识别与汽车空调控制的实现目标

语音识别与空调系统的匹配研究目标是让驾驶员在启动语音的情况下，实现对空调系统的进风模式、出风模式、A/C状态、出风温度及不同温区的温度控制等。

1.2 语音识别与汽车空调控制的匹配的框架

语音识别与汽车空调控制匹配技术主要分为语音控制模块、空调控制模块与CAN网络匹配模块三部分。由语音识别模块判断驾驶员控制意图，CAN网络模块将意图传递到空调控制模块并反馈信息。

如图1所示，驾乘人员开启语音控制系统，进行服务空调控制器的服务需求，语音模块对驾乘人员的语音操作进行识别判断，理解驾乘人员的空调控制意图，后通过CAN玩过传输到空调控制模块。空调控制模块取现有的的空调参数，通过计算分析后，进行空调控制方面的调整后，并通过CAN网络将结果输出给语音模块。

2、语音控制模块的设计

2.1 语音识别的简述

语音识别是指从语音到文本的转换，即让计算机能够把人发出的有意义的话音变成书面语言。通俗地说就是让机器能够听懂人说的话。所谓听懂，有两层意思，一是指把用户所说的话逐词逐句转换成文本；二是指正确理解语音中所包含的要求，做出正确的应答。

如图2所示，语音识别系统首先经过预处理（主要防混叠滤波、自动增益控制、模数转换、消除噪声、端点检测等），然后进行特征分析，再通过查询标准模板库，即可以实现语音的识别问题。

2.2 语音识别的方案

语音识别的方案主要有模糊匹配法与随机模型法两种方法。模板匹配法即在训练阶段，用户将词汇表中的每一词依次说一遍，并且将其特征矢量作为模板存入模板库。然后在识别阶段，将输入语音的特征矢量依次与模板库中的每个模板进行相似度比较，将相似度最高者作为识别结果输出。随机模型法即采用HMM模型，使用概率参数来进行估计和判决。

语音控制模块的物理布置方案如下，控制系统集成在车辆的MP5中，语音输入模块集成在车辆A柱中。

如图3所示，按照句法层、字层、语音层及声学层四层分别进行逐步查询识别。首先是句法层，每个句子由若干字构成，每个字都选自于字库；其次是字层，每个字由音子串接而成，需要一个数据库来描述每一个字如何用音子串接的；然后是语音层，每个音子用一个HMM模型及其相应的参数来描述（状态及其状态间的转移）；最后是声学层，用来提取语音帧特征矢量。

对系统中的每个字，做一个码本作为该字的参考（标准）模板,共有M个字，故共有M个码本，组成一个模板库。

如图4所示识别时，对于任意输入的语音特征矢量序列X＝{X1 , X2 , … , Xn}，计算该序列中每一个特征矢量对模板库Y＝{Y1 , Y2 , … , Yn}中的每个码本的总平均失真量误差，找出最小的失真误差对应的码本（代表一个字），将对应的字输出作为识别的结果，同时完成了语音的识别。

3、空调控制模块的设计

3.1 汽车自动空调的简述

语音识别与汽车空调的匹配技术需要应用在自动空调系统上，一般手动空调无法接收语音的信号输入与输出。

自动空调系统通常通过采集大气环境温度、驾驶室内环境温度、阳光补偿、发动机水温、车速、湿度及发动机转速等信号，再经过空调控制器的数据分析及计算，控制各个风门的开度得以控制驾驶室内的温度及出风口风量以达到最佳的舒适性要求。

3.2 空调控制方案

当语音将驾驶员的操作意图通过CAN网络传输到空调控制模块时，空调控制模块读取现有空调的状态，分析判断后向空调驱动电机发送驱动指令，并将运算结果通过CAN网络反馈给语音控制模块。

通过语音控制空调方案，基本可以实现现有的所有空调功能。举例说明，如图5所示，当驾驶员发出“温度升高一点”的指令，语音系统将指令转化为CAN网络中X地址位的Y参数，并发送给空调控制模块。空调控制模块接收到此信号后，读取现有空调温度A℃，进行处理，将（A+1）℃指令通过驱动电机进行实现，并反馈给语音模块播报，同时在MP5上显示空调当前模式转换。若是(A+1)℃>空调最高设定问题，则播报空调设定达到最高温度。

经过对驾驶习惯的常用模式调节的调查，对语音控制双温区空调系统形成以下表1的控制形式，可以实现用户智能的控制空调系统功能。

3.3 主要功能说明

从当前CAN总线系统网络拓扑架构分析，拟将语音模块依托MP5模块搭载在车身CAN总线上实现CAN网络通讯，语音识别系统识别驾驶员的语音意图对语音信号进行运算，将其转化为CAN网络信号依托MP5模块发送给空调控制模块。空调控制模块对CAN网络信号进行识别判断，判断完成后，空调控制模块直接控制各驱动电机，进行空调的调节。

表1　CAN网络模块设计表

4、结论

本文介绍了语音识别与空调控制系统匹配技术，对语音识别系统及空调控制方面进行了介绍。语音识别与空调控制系统匹配技术的难点主要在于对驾驶员意图的识别，语音的抗干扰能力，驾驶员常用空调模式的选择及空调控制的策略方面。

参考文献

[1] 邵学斌.基于语音识别的汽车空调控制系统[J].单片机与嵌入式系统应用,2002(10):63.

[2] 张新丰.汽车语控智能电器系统[J].汽车工程,2007(07):601.

[3] 文颂.汽车双温区空调智能控制系统的研究与设计[C].东华大学硕士论文集,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

作者简介：夏嵩勇，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。

中图分类号：U463.6

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-50-03