车内外定向语音交互系统及其车辆的制作方法

1.本实用新型涉及定向传声技术领域，也涉及智能交通领域，特别是涉及一种车内外定向语音交互系统及其车辆，该车辆具有定向收发声装置。


背景技术：

2.车辆的车载设备往往采用麦克风来收集车内的语音信号，从而实现语音控制功能，使得用户能够通过声控指令来控制各种应用程序，例如，打开音乐、书籍朗读、搜索兴趣点、对讲机应用等。此外，在2022年6月5日，国家颁布了最新的《噪声污染防治法》，界定了更加严格和详细的噪声污染，进一步指出从噪声源头进行污染治理，并纳入地方政府环境污染治理范围。
3.然而，在当前相关技术中，车辆无法实现在不打开车窗的条件下，车内人员与车外人员或车辆的语音实时沟通，即必须打开车窗，无疑增大了车内人员的驾乘安全风险。此外，目前车辆在静止或行驶过程中，全向鸣笛喇叭或avas系统扬声器，无法针对指定行驶方向进行声音提醒。因此，亟需一种车内外定向语音交互系统。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种车内外定向语音交互系统及其车辆，用于解决现有技术中车内外无法定向收发声音，而造成安全隐患和存在的声音污染问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种车内外定向语音交互车辆，包括：
6.车辆顶部或车辆至少一侧安装有定向收发声装置；其中，所述定向收发声装置包括定向麦克风阵列与定向发声扬声器，所述定向麦克风阵列，用于定向接收来自所述车辆外部的第一声音信息；所述定向发声扬声器，用于在车外定向发送车辆内的第二声音信息；
7.所述车辆内设有与所述定向收发声装置配套的收发声装置，其中，所述收发声装置包括麦克风阵列与发声扬声器，所述发声扬声器，用于在车辆内播放所述第一声音信息；所述麦克风阵列，用于在车辆内采集用户的第二声音信息；
8.控制器，分别连接所述定向收发声装置与收发声装置，用于接收所述第一声音信息以使发声扬声器在车辆内播放所述第一声音信息，和，还用于接收所述第二声音信息以使定向发声扬声器在车外定向播放所述第二声音信息。
9.于本实用新型的一实施例中，还包括：若所述定向收发声装置通过旋转机构安装于所述车辆的顶部，所述旋转机构的方向可调；所述控制器连接旋转机构，控制所述旋转机构的旋转方向，以使所述定向收发声装置朝向目标对象实现定向收发声音信息。
10.于本实用新型的一实施例中，还包括：若所述定向收发声装置分布于所述车辆的至少一侧，所述控制器根据目标对象相对于所述车辆当前的位置信息打开与所述目标对象相匹配一侧的定向收发声装置，以使所述定向收发声装置朝向所述目标对象实现定向收发
声音信息。
11.于本实用新型的一实施例中，所述车辆的至少一侧包括当前所述车辆的前侧、后侧、左侧与右侧。
12.于本实用新型的一实施例中，所述定向麦克风阵列包括声学车辆预警系统扬声器。
13.于本实用新型的一实施例中，还包括：
14.车载雷达，用于获取车辆当前周围环绕的目标；
15.图像获取模块，用于获取当前车辆周围的目标图像；
16.外部麦克风，用于获取外部声音传入所述当前车辆内的声音来源方向；
17.所述控制器，分别连接所述车载雷达、图像获取模块与外部麦克风，用于根据当前车辆周围的所述目标、所述目标图像以及声音来源方向确定发出所述定向声音信息的目标对象，以使所述定向收发声装置朝向所述目标对象。
18.于本实用新型的一实施例中，还包括：设置于所述车辆内与所述控制器相连的噪音收集麦克风，用于收集车内的环境噪音，所述环境噪音是指语音信号的发出者发出的声音之外的声音；所述控制器还包括：噪音消除模块，将采集的用户的所述语音信号与所述环境噪音相减，强化清晰目标声音信息。
19.本实用新型提供一种车内外定向语音交互系统，包括：上述的车辆，所述车辆利用定向收发声装置与目标对象建立定向(超声)通信，实现声音信息的定向收发，所述目标对象包括行人或/和车辆。
20.于本实用新型的一实施例中，还包括：
21.相对位置获取模块，用于获取道路上当前所述车辆与目标车辆之间的相对位置，所述相对位置包括并行位置或前后位置；
22.所述控制器，连接于所述相对位置获取模块，用于监测到两两所述车辆上要进行定向(超声)通信时，根据两两所述车辆当前的相对位置调节各自所述车辆所对应的定向收发声装置的旋转角与覆盖范围，以使得两两车辆之间建立定向语音通信。
23.于本实用新型的一实施例中，还包括：
24.行人位置获取模块，用于获取道路上行人与所述车辆之间的相对位置，所述相对位置包括并行位置或前后位置；
25.所述控制器，连接于所述行人位置获取模块，用于根据所述行人与车辆之间的相对位置调节所述车辆所对应的定向收发声装置的旋转角与覆盖范围，以使得覆盖区域覆盖当前行人确保所述车辆与行人之间建立定向语音通信。
26.如上所述，本实用新型的车内外定向语音交互系统及其车辆，具有以下有益效果：
27.本实用新型在车辆与车辆之间、车辆与行人之间，通过车载定向麦克风阵列，将外部声音顺利传达到车辆内部，内部通过喇叭进行广播，在驾驶员不开窗或不停车的情况下，让车辆内的用户清楚听明白车外的信息；车辆内通过拾音器采集用户语音信息，将语音信息通过定向发声扬声器发送到车辆外，使得车辆外部的也能定向接收声音信息，实现车辆之间以及车辆与行人之间的定向语音交互，极大提高了车内外定向语音交互系统的智能化水平；不仅确保了车辆安全，还可以对车外其他无关车辆或环境噪音进行隔离屏蔽。同时，还能满足对车辆所在周围环境的声音屏蔽，减少声音污染。
附图说明
28.图1显示为本实用新型提供一种车辆的结构框图；
29.图2显示为本实用新型提供一种车内外定向语音交互系统一实施例应用场景图。
具体实施方式
30.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
31.请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
32.请参阅图1，为本实用新型提供一种车辆的结构框图，包括：
33.车辆1顶部或车辆至少一侧安装有定向收发声装置2；其中，所述定向收发声装置包括定向麦克风阵列与定向发声扬声器，所述定向麦克风阵列，用于定向接收来自所述车辆外部的第一声音信息；所述定向发声扬声器，用于在车外定向发送车辆内的第二声音信息；
34.所述车辆内设有与所述定向收发声装置配套的收发声装置，其中，所述收发声装置包括麦克风阵列与发声扬声器，所述发声扬声器，用于在车辆内播放所述第一声音信息；所述麦克风阵列，用于在车辆内采集用户的第二声音信息；
35.具体地，所述车辆的至少一侧包括当前所述车辆的前侧、后侧、左侧、右侧中的至少一侧。例如，车辆所指代客车、轻型卡车、小轿车、卡车、新能源汽车等。其中，前、后、左和右从在标准操作位置中就座在驾驶员的座椅中的车辆的操作员的角度，即面向方向盘被理解。
36.又例如，该收发声装置包括但不限定于定向收发声装置，或，全向收发声装置，在此，可根据用户需求进行设定，如，只需要驾驶员发出或收到车辆外部声音时，在车辆内采用定向收发声装置的布局，相反，若是驾驶室内所有用户都可以接收第一声音信息或发出第二声音信息，则采用全向收发声装置进行配套设置。
37.控制器3，分别连接所述定向收发声装置与收发声装置，用于接收所述第一声音信息以使发声扬声器在车辆内播放所述第一声音信息，和，还用于接收所述第二声音信息以使定向发声扬声器在车外定向播放所述第二声音信息。
38.具体地，控制器处理一般开启或关闭，指定同时开启定向麦克风阵列与定向发声扬声器、以及收发声装置内的麦克风阵列与发声扬声器，或，同时关闭定向麦克风阵列与定向发声扬声器，以及收发声装置内的麦克风阵列与发声扬声器，当然，也可以采用不同控制信息分别进行控制。
39.其中，需要说明的是，本实施例中，车辆安装有定向收发声装置，车辆通过定向收
发声装置可以与行人，或，也可以与车辆之间实现定向声音信息交互。还需要说明的是，所述定向麦克风阵列包括声学车辆预警系统扬声器，例如，汽车在纯电动模式下低速行驶时，avas扬声器可通过发出发动机模拟声音提高其可察觉性，在为行人安全提供保障的同时，为驾驶者带来更好的驾驶体验。
40.具体地，控制器安装于车辆内部，通过控制器发送控制信号，例如，发送第一控制信号来控制车辆内发声扬声器与车辆外的定向麦克风阵列的开启或关闭，第一控制信号为高电平，则控制车辆内发声扬声器与车辆外的定向麦克风阵列开启，相反，第一控制信号为低电平，则车辆内发声扬声器与车辆外的定向麦克风阵列关闭；同理，发送第二控制信号来控制车辆内麦克风阵列与车辆外所述定向发声扬声器的开启或关闭，第二控制信号为高电平，则车辆内麦克风阵列与车辆外所述定向发声扬声器开启，相反，第二控制信号为低电平，则车辆内麦克风阵列与车辆外所述定向发声扬声器关闭。
41.需要说明的是，车辆内麦克风阵列(即，自带拾音器)与发声扬声器(即，喇叭)，待拾音器开启时，可以采集车辆内用户的语音信息，且将该语音信息发送至定向发声扬声器进行定向发送声音信息；另外，待喇叭开启时，可以播放外部定向麦克风阵列采集的定向声音，实现用户在车辆内不开车窗、不停车或不降车速的状态下，实现车辆之间以及车辆与行人之间的定向语音交互，极大提高了车内外定向语音交互系统的智能化水平；不仅确保了车辆安全，还可以对车外其他无关车辆或环境噪音进行隔离屏蔽。
42.上述的控制器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
43.例如，定向发声扬声器，可以是超声波阵列扬声器，用于将音频信号(主要指代可听声音，如人声，或频率为20hz～20000hz的声音)调制为超声波信号(频率大于20khz)发射传输；即以超声波信号为载波将该音频信号调制到超声波信号内，将低频的音频信号调制为高频的超声波信号；其中，所述超声波阵列扬声器1包含多个均匀排列的超声波换能器，通过超声波换能器组成的超声波阵列扬声器，其中，该阵列的形状可为方形或圆形，且超声波换能器的外部形状可以是方形、圆形、椭圆曲面形、半球形曲面、圆柱曲面，在此其形状优选为圆形，而所述超声波换能器的谐振频率在20～500khz之间。
44.定向发声扬声器，也可以是全频喇叭(20hz～20khz)组成的线阵列装置，配合独立特有的算法，使得声音具有明显的能量汇聚效果。本实用新型所涉及的全频喇叭，是满足定向发声需求，并适配对应算法而定制的，非市场普通喇叭。其尺寸、功率等参数，以及排列方式，数量多少，内部结构，算法匹配等，均为本实用新型所述定向发声的技术组成部分，独特而专有。是长期研发与测试的经验积累与总结。
45.在另一示例中，还包括：反射器，以夹角形式设置在所述超声波阵列扬声器的传输方向，定向反射所述超声波信号。
46.具体地，通过采用夹角反射形式降低了超声波信号因喇叭共振所带来的噪声，同时，采用夹角反射形式，使得稍近距离的接收者也能清晰听见，而无需等待超声波信号中噪声因空气传播而自带消除。
47.还需要说明的是，定向麦克风阵列为麦克风阵列，用于采集定向广播语音。在此，在车辆之间实现定向语音交互过程中，一台车辆的定向麦克风阵列的声音采集范围与另一台车辆定向发声扬声器所形成的广播覆盖区域尽量重合，以确保同一台车辆的定向收发声装置在发出的定向语音信息后，同时，能够保证同一台车辆的定向麦克风阵列能够采集车辆发出的定向声音信息。
48.在另一些实施例中，若所述定向收发声装置通过旋转机构安装于所述车辆的顶部，所述旋转机构的方向可调；所述控制器连接旋转机构，控制所述旋转机构的旋转方向，以使所述定向收发声装置朝向目标对象实现定向收发声音信息。
49.具体地，详见图2，车辆的顶部安装有定向收发声装置，车辆之间通过定向收发声装置构成声音对讲闭环通道，在此通道内实现定向声音信息交互。其中，需要说明的是，若两两车辆之间同向行驶，但两个车辆之间的定向收发声装置必须相向设置，即，两者之间形成的超声区域相互覆盖。若两两车辆之间对向行驶，由于车辆自身运动速度较快，无法有效确保车辆之间的定向语音交互正常进行。
50.在本实施例中，由于定向收发声装置的方向与角度都可调，在确定两者需要进行声音信息交互时，可通过驾驶员人工手动打卡或关闭指定的定向收发声装置，进而实现车辆之间的定向声音信息交互。
51.例如，车辆高速行驶状态，所有车外定向收声麦克风阵列处于关闭状态，当有其他车辆靠近，并通过其自身的定向发声扬声器阵列喊话的情况下，并配合自身车载雷达、红外感应停车等设备，判断靠近的车辆是否安全，并结合各自车辆搭载的定向收发声系统的呼叫功能，提示驾驶员是否允许打开对应方位或收声点的定向收声麦克风阵列，收听其他车辆发出定向声音信息。例如：其他车辆提示自身车辆出现危险情况，或者与道路、驾驶相关的安全信息或提示。
52.在另一示例中，若所述定向收发声装置分布于所述车辆的至少一侧，所述控制器根据目标对象相对于所述车辆当前的位置信息打开与所述目标对象相匹配一侧的定向收发声装置，以使所述定向收发声装置朝向所述目标对象实现定向收发声音信息。
53.例如，在车辆的左右两侧反光镜周围、车尾部后备箱车牌附近，以及其他任何指定的位置，隐蔽植入小型化定向麦克风收声阵列，形成针对四个或多个指定方向的定向收声点，各个定向收声点(即，定向麦克风阵列)，定向收声点在指定方向≤
±
15
°
的声音，其他方向或区域的声音不会收录。
54.例如，控制器可以由以下几种实现方式：
55.①
通过判别车辆的状态，由车载电脑自动选择哪个定向收声点的定向收声麦克风阵列打开，哪个(些)打开，哪个(些)关闭；
56.②
驾驶员人工手动打卡或关闭指定的定向收声麦克风阵列；
57.③
由公路的交通管理部门或交警部门的相关设备，遥控打开对应的定向收声麦克风阵列。
58.在上述实施例基础上，还包括：不同的定向收声麦克风阵列结合对应的场景模式，起到对车内驾驶员或乘客的提示、警告等作用。例如：
59.①
车辆停止或低速状态，驾驶员可以手动选择哪个定向收声麦克风阵列打开，采取不开窗、不开门的方式，与车外进行对话。更加安全，便捷；
60.②
车辆高速行驶状态，所有车外定向收声麦克风阵列处于关闭状态。当有其他车辆靠近，并通过其自身的定向发声扬声器阵列喊话的情况下，并配合自身车载雷达、红外感应停车等设备，判断靠近的车辆是否安全，并结合各自车辆搭载的定向收发声系统的呼叫功能，提示驾驶员是否允许打开对应方位或收声点的定向收声麦克风阵列，收听其他车辆发出的声音信息。例如：其他车辆提示自身车辆出现危险情况，或者与道路、驾驶相关的安全信息或提示；
61.③
车辆处于驾驶状态，无论速度如何，只要车内有人，车辆处于点火状态，道路管理或交警部门，可以通过特殊匹配设备，强制激活打开定向收声麦克风阵列系统。以便对车内进行实时喊话或语音广播；
62.④
此外还会涉及更多的模式，可以通过更多的车企和道路管理部门、交警管理部门，通过车联网的方式向车辆及时更新克风阵列，告诉车内驾驶员或乘客相关的道路或驾驶安全信息，紧急警告等，方便驾驶员使用，以及对车辆的科学管理。
63.在另一些实施例中，还包括：
64.车载雷达，用于获取车辆当前周围环绕的目标；
65.图像获取模块，用于获取当前车辆周围的目标图像；
66.外部麦克风，用于获取外部声音传入所述当前车辆内的声音来源方向；
67.所述控制器，分别连接所述车载雷达、图像获取模块与外部麦克风，用于根据当前车辆周围的所述目标、所述目标图像以及声音来源方向确定发出所述定向声音信息的目标对象，以使所述定向收发声装置朝向所述目标对象。
68.通过上述方式，控制器能够根据车载雷达采集的雷达点云数据确定当前车辆周围环绕的目标、通过图像数据确定各个目标的方位，根据该方位结合声音来源方向进而确定目标车辆是行人或具体哪台车辆，同时，利用拾音器(外部麦克风)获取的定向声音，结合当前车辆周围的目标确定是否需要开启所述定向麦克风阵列与所述定向发声扬声器，例如，在某一方向接收到声音，且该声音结合图像数据与点云数据已确定目标对象位置时，不仅可以调节定向收发声装置朝向所述目标对象，还可以智能开启所述定向麦克风阵列与定向发声扬声器的目的。同理，当仅接收到的声音来源方向，且未发现车辆周围存在目标时，可以优先关闭车辆的定向麦克风阵列与定向发声扬声器。
69.在另一些实施例中，还包括：设置于所述车辆内与所述控制器相连的噪音收集麦克风，用于收集车内的环境噪音，所述环境噪音是指语音信号的发出者发出的声音之外的声音；所述控制器还包括：噪音消除模块，将采集的用户的所述语音信号与所述环境噪音相减，确定所述声音信息。
70.在本实施例中，在车辆内部采集用户的语音信号时，往往存在杂音，为了提高语音信号的准确度，通过对环境噪声进行过滤，能够将用户的语音信号准确转化成声音信息，便于定向收发正常交互通信。
71.本实用新型还一种车内外定向语音交互系统，包括：上述的车辆，所述车辆利用定向收发声装置与目标对象建立定向(超声)通信，实现声音信息的定向收发，所述目标对象包括行人或/和车辆。
72.在另一些实施例中，还包括：
73.相对位置获取模块，用于获取道路上当前所述车辆与目标车辆之间的相对位置，
所述相对位置包括并行位置或前后位置；
74.所述控制器，连接于所述相对位置获取模块，用于监测到两两所述车辆上要进行定向(超声)通信时，根据两两所述车辆当前的相对位置调节各自所述车辆所对应的定向收发声装置的旋转角与覆盖范围，以使得两两车辆之间建立定向(超声)通信。
75.需要说明的是，在满足对车外定向收声的功能之外，同时，可以提供车辆内驾驶员在不开车窗，不打开车门的情况下，与车辆外进行实时语音沟通，最大程度的确保驾驶员与车内人员的安全。
76.例如，通过相对位置获取模块获取到当前车辆与待建立定向(超声)通信的目标车辆之间的相对位置，通过相对位置一方面，可确定打开当前车辆哪一侧的定向收发声装置；另一方面，可确保当前车辆是否需要调节向收发声装置的旋转角与覆盖范围，进而能够迅速在两辆车辆之间建立定向(超声)通信。
77.在另一些实施例中，还包括：
78.行人位置获取模块，用于获取道路上行人与所述车辆之间的相对位置，所述相对位置包括并行位置或前后位置；
79.所述控制器，连接于所述行人位置获取模块，用于根据所述行人与车辆之间的相对位置调节所述车辆所对应的定向收发声装置的旋转角与覆盖范围，以使得覆盖区域覆盖当前行人确保所述车辆与行人之间建立定向(超声)通信。
80.需要说明的是，通过行人位置获取模块获取到当前车辆与路上行人之间的相对位置，通过相对位置一方面，可确定打开当前车辆哪一侧的定向收发声装置；另一方面，可确保当前车辆是否需要调节向收发声装置的旋转角与覆盖范围，进而覆盖当前待建立通信能够迅速在车辆与行人之间建立定向(超声)通信。
81.在本实施例中，车内外定向收发声系统，是一套与所有车辆都可以匹配的新型声音交互系统。既可以实现车内外的车辆(驾驶员)与人(行人)对话，车辆(驾驶员)与车辆(驾驶员)对话，车辆(驾驶员)道路(道路管理方或交警)对话，不必停下车辆、降下车窗、打开车门等操作，更安全、方便、高效。
82.综上所述，本实用新型在车辆与车辆之间、车辆与行人之间，通过车载定向麦克风阵列，将外部声音顺利传达到车辆内部，内部通过喇叭进行广播，在驾驶员不开窗或不停车的情况下，让车辆内的用户清楚听明白车外的信息；车辆内通过拾音器采集用户语音信息，将语音信息通过定向发声扬声器发送到车辆外，使得车辆外部的也能定向接收声音信息，实现车辆之间以及车辆与行人之间的定向语音交互，极大提高了车内外定向语音交互系统的智能化水平；不仅确保了车辆安全，还可以对车外其他无关车辆或环境噪音进行隔离屏蔽。
83.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。