CN102714511A - 混合动力车辆中用于减少电磁噪声的设备、组件、车辆以及混合动力车辆中的电磁噪声减少方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备，用于在混合动力车辆（12）中减少电磁噪声，该设备包括：-至少一个传感器（44A、44B），用于测量由至少一个噪声源（18、20）产生的传导噪声（BC,A、BC,B）；-改变辐射噪声（Bim,A、Bim,B）的减少单元（33），所述改变辐射噪声（Bim,A、Bim,B）是在感兴趣的信号（S2）上，所述改变辐射噪声（Bim,A、Bim,B）使得所述感兴趣的信号（S2）带有噪声，其中所述减少单元（33）包括一装置，该装置用于由所述带有噪声的感兴趣的信号（S2）确定噪声校正感兴趣的信号，其中进行所述确定的装置包括用于由所述传导噪声（BC,A、BC,B）估计所述改变辐射噪声（Bim,A、Bim,B）的装置。

Description

混合动力车辆中用于减少电磁噪声的设备、组件、车辆以及混合动力车辆中的电磁噪声减少方法
技术领域
本发明涉及电磁噪声的减少，尤其涉及在汽车领域、更具体而言在混合动力车辆领域中的电磁噪声的减少。
背景技术
包括大功率能量转换器的汽车是已知的。这种转换器形成了能够通过辐射或传导进行传播的噪声源。实际上，转换器包括高开关速度的电子元件，这些元件产生了宽带噪声。传导的噪声在车辆的线缆和结构中传输。辐射的噪声像电磁波那样传播。
发明内容
技术问题
辐射的电磁波会干扰到达车辆接收天线的信号，该信号被称为感兴趣的信号。因而该感兴趣的信号会被辐射的电磁噪声破坏。
这种噪声源会导致舒适性问题，因为它会干扰车辆中的无线电接收。
本发明的意图在于改善车辆用户的舒适性。
解决问题的技术方案
为此，本发明的目的在于一种设备，用于在混合动力车辆中减少电磁噪声，包括：
-至少一个传感器，用于测量由至少一个噪声源产生的传导噪声；
-辐射噪声的减少单元，所述辐射噪声是在感兴趣的信号上并被称为改变辐射噪声，所述改变辐射噪声使得所述感兴趣的信号带有噪声，其中所述减少单元包括一装置，该装置用于由所述带有噪声的感兴趣的信号确定噪声校正感兴趣的信号，其中进行所述确定的装置包括一装置，该装置用于由所述传导噪声估计所述改变辐射噪声。
根据本发明的设备能够从感兴趣的信号中消除噪声，从而消除了涉及到车辆用户舒适性的问题。实际上，由传感器测量的传导噪声使得能够首先估计出辐射噪声，因为测量的传导噪声是所有或部分辐射噪声的反映（image）。由此能够从传导噪声估计出辐射噪声，并因此能够由传导噪声及有噪声的感兴趣的信号确定出噪声校正的感兴趣的信号。
进一步，上述辐射噪声会被车辆环境（尤其是车辆的框架）改变。因此，由噪声源初始辐射的噪声（称为初始辐射噪声）不同于改变了的辐射噪声，而实际上是改变辐射噪声在干扰接收器天线。通过用于由传导噪声估计出改变辐射噪声的装置，来针对实际干扰天线接收感兴趣的信号的改变噪声进行所述感兴趣的信号的噪声校正。
此外，改变初始噪声的环境具有大体上不随着时间改变并且不会被信号及噪声影响的特性。所述信号及噪声可以是准稳态甚至是稳态的，或者是缓慢变化（非稳态）的。所述设备允许连续地估计出传导噪声与辐射噪声之间的传递函数，以始终适应于设备环境的可能变化。
根据另一可选特征，所述传感器包括罗果夫斯基型线圈。
这种传感器仅对传导噪声敏感。
通常，传导噪声源包括由开关元件组成的能量或直流-直流转换器，该转换器在相对较宽的频带上产生具有谐波的信号。所述转换器还产生辐射噪声。所述辐射噪声通过转换器发送信号的导体发送。在转换器所发送信号的路径上，这些导体形成了发送所述初始辐射噪声的天线。
所述转换器产生的信号在从直流一直到对应于AM波段（amplitudemodulation，调幅）的频带的范围甚至是在该范围之外。所述噪声的低频成分（被称为能量频率）具有很高的功率。这些能量频率完全掩盖了噪声功率相对较弱的AM波段中的噪声。尽管如此，AM波段中的噪声功率仍然强得足够破坏车辆接收天线。因此优选对要进行噪声校正的感兴趣的信号的频带中（意即在能量频率之上的频带中）的噪声进行良好的测量。这种线圈充当高通滤波器，该高通滤波器的截止频率相对较低且在500kHz以下。因而，所述传感器仅测量包括在设定频率范围内以及高于所述能量频率的非感兴趣的频率。
此外，这种线圈在调幅（AM）无线电接收波段中是线性的，并且无论其所测量的电流具有多高的值都不会为该电流所饱和。
另外，这种线圈对于低幅信号敏感，并因此对于噪声敏感。
进一步，由于汽车包括许多使用高电流的电子元件，所以含有铁磁材料的传感器会饱和并出现带有磁滞的非线性性能。
罗果夫斯基型线圈不会有这些缺陷，因为其仅包括含有介电材料的环形线圈，或是空心线圈（air toroid）。
有利的是，用于由传导噪声估计出改变辐射噪声的装置包括有自适应滤波器。
这种滤波器例如是维纳型滤波器，并且尤其适用于噪声校正，特别是在信号和噪声是准稳态甚至是稳态或者是缓慢变化的时候。
根据所述设备的另一可选特征，其包括一装置，该装置用于将以模拟型式测量的所述带有噪声的感兴趣的信号和/或传导噪声转换成数字型式，其中进行该转换的所述装置布置在用于确定所述噪声校正感兴趣的信号的装置上游。
从模拟到数字型式的转变以及二次采样（sub-sampling）技术使得能够减少要处理的数据的量，并减少由所述确定装置对所述有噪声感兴趣的信号进行处理的时间。
根据所述设备的另一可选特征：
-该设备包括用于选择接收频率的装置，所述接收频率用于无线电频率信号。这些选择装置尤其包括无线电调谐器。它们使得所期望无线电台的频率能够被选择到。
-该设备包括一装置，该装置用于将所述带有噪声的感兴趣的信号和/或所述测量的传导噪声和/或所述噪声校正感兴趣的信号与具有转换频率的转换信号混频成：具有单中频的中间有噪声感兴趣的信号和/或中间测量传导噪声和/或中间噪声校正感兴趣的信号。在所述信号被转换成数字型式的情况下，能够通过简单的乘法得到中间有噪声感兴趣的信号。这尤其避免了非线性模拟元件的使用。
另一优点在于对滤波的频率选择性的改善。实际上，由于带宽随着频率而增加，所以通过使用频率在有噪声感兴趣的信号的（一个或多个）频率以下的中间有噪声感兴趣的信号，易于进行滤波并得到良好的选择性。
-用于所述混频的装置和用于所述选择的装置是共用的。
在用于接收所述有噪声感兴趣的信号的设备是无线电调谐器的情况下，各种频率，例如那些不同无线电台的频率，被转换成单中频。因此，通过简单地调整转换频率能够始终接收到各个台。
在这种情况下，混频的装置提供了无线电调谐器的功能。
有利地，选择装置和/或混频装置布置在用于噪声校正感兴趣的信号的确定装置的下游。因而噪声校正是在选择所述用于无线电频率信号的接收频率或所述转换频率之前（特别是在极高的辐射噪声水平卷入时）进行。
本发明的目的还在于一种混合动力车辆中的电磁噪声减少方法，其中：
-测量由至少一个噪声源产生的至少一个传导噪声；
-由所述传导噪声估计感兴趣的信号上被称为改变的辐射噪声的辐射噪声，所述改变辐射噪声使得所述感兴趣的信号带有噪声，其中所述改变辐射噪声是从被称为初始的辐射噪声的辐射噪声得到，所述初始的辐射噪声由所述噪声源产生并经过所述设备的环境的改变，以及
-由所述带有噪声的感兴趣的信号以及估计的所述改变辐射噪声确定噪声校正感兴趣的信号。
本发明的另一目的在于一种组件（assembly），包括：
-至少一个噪声源，其包括能量转换器及DC-DC转换器；
-至少一个如上文所限定的噪声减少设备，该设备包括在所述能量转换器与所述DC-DC转换器之间的至少一个传导噪声传感器，并包括在所述能量转换器与电动机之间的至少一个传导噪声传感器。
本发明的目的还在于一种车辆，其包括如上文所限定的噪声减少设备或如上文所限定的组件。
通过阅读以下仅作为非限制性示例给出的说明并参考以下附图，将更好地理解本发明。
附图说明
图1示意性示出根据本发明的包括噪声减少设备的车辆的各功能单元；
图2示出作为频率函数的有噪声感兴趣的信号的能量谱密度的变化；
图3示意性示出图1中根据第一实施例的噪声减少设备；
图4示意性示出图3中噪声减少设备的一部分；
图5示出DC-DC转换器与能量转换器之间的连接；
图6A示出电动机与能量转换器之间连接的一个变型；
图6B示出电动机与能量转换器之间连接的一个变型；
图7示出用于图1中噪声减少设备的传感器；
图8示出用于图1中噪声减少设备的传感器；
图9示出用于图1中噪声减少设备的传感器；
图10示出图5至图9中传感器的传递函数曲线，其中示出对于从150kHz到20MHz范围的频率值，由于频率所引起的增益变化；
图11示出图5至图9中传感器的传递函数曲线，其中示出对于从150kHz到20MHz范围的频率值，由于频率所引起的增益变化；
图12示出图5至图9中传感器的传递函数曲线，其中示出对于从150kHz到20MHz范围的频率值，由于频率所引起的增益变化；
图13示意性示出根据第二实施例的噪声减少设备。
具体实施方式
图1示出车辆12内电气设施10的示图。车辆12为混合动力的车辆。
车辆12包括带有电池16的电能源14。车辆12还包括两个噪声源，分别由直流-直流（DC-DC）电压转换器18和能量转换器20组成。每个源18、20产生电磁性地传导和辐射的噪声。车辆12还包括至少一个设备22，其尤其包括车辆发动机的电力部分24，所述车辆发动机还包括燃烧部分（未示出）。参考信号S1，A和S1,B分别在源20与设备22之间以及源20与源18之间传输。
源18和20产生通过装置26传送的传导噪声以及通过装置26像电磁波那样发送的初始噪声，传导噪声分别为BC,A、BC,B，初始噪声被称为初始辐射噪声，分别为Bii,A、Bii,B。所述的初始辐射噪声经过设施环境10（这里指车辆12的框架）的改变。因而，从经过改变的辐射噪声Bii,A、Bii,B分别得到改变辐射噪声Bim,A、Bim,B。
噪声源18、20以及设备22通过装置26彼此连接，该装置26用于信号S1,A、S1,B的有线传送，所述的信号S1,A、S1,B分别传导上述的传导噪声BC,A、BC,B，并且分别是从源18流至源20以及从源20流至设备22。
车辆12还包括设备28，其用于接收电磁波并包括天线30、调谐器32以及单元33，调谐器32用于频带范围在535kHz到1605kHz的调幅（AM）波，所述单元33用于减少从天线30流至调谐器32及单元33的有噪声（noisy）感兴趣的信号S2上的改变辐射噪声Bim,A、Bim,B。
天线30通过有噪声感兴趣的信号S2的有线传送装置40连接至调谐器32和噪声减少单元33。
设施10还包括两个传感器44A、44B，分别用于源18、20在参考信号S1,A、S1,B上分别产生的传导噪声BC,A、BC,B。
图2示出有噪声感兴趣的信号S2的能量谱密度。该能量谱密度代表作为频率函数的能量变化。区分出两个频带B1、B2。频带B1对应于大体上从0到500kHz范围的频率，频带B2对应于大体上从500kHz到2MHz范围的频率。频带B2对应于调幅（AM）无线电接收频带。图2示出有噪声感兴趣的信号S2的变化，该信号S2包括有噪声感兴趣的信号S3以及改变辐射噪声Bim,A、Bim,B，这些改变辐射噪声Bim,A、Bim,B由与信号S2或S3的幅度相比相对较小的波幅产物（amplitude artefact）表示。换言之，S2=S3+Bim,A+Bim,B=S3+Bim，其中Bim为改变辐射噪声Bim,A、Bim,B的函数并且因此表示全部的改变辐射噪声。总测量传导噪声BC也被定义为BC,A、BC,B的函数并且因此表示所有的传导噪声。
参见图3，单元33包括带通滤波器46以及将传导噪声BC和有噪声感兴趣的信号S2从模拟信号转换成数字信号的装置48（ADC）。该转换装置48具有大体等于来自源18、20的辐射噪声的最大频率Fi的两倍的采样频率Fe。在手边的示例中，Fe＝10MHz而Fi<5MHz。
单元33还包括用于减少采样率的装置50，以及放置在该装置50下游的带通滤波器52。进一步，单元33包括用于对有噪声感兴趣的信号S2进行噪声校正（noise correction）的装置53。单元33包括：对噪声校正感兴趣的信号S3进行频率处理的装置54；用于将噪声校正感兴趣的信号S3从数字信号转换成模拟信号的装置56（DAC）；以及用于对噪声校正感兴趣的信号S3进行解调的装置58。转换装置48位于装置53的上游。
频率处理装置54布置在用于确定噪声校正感兴趣的信号S3的装置53的下游。
参见图4，装置53包括用于由有噪声感兴趣的信号S2及传导噪声BC确定噪声校正感兴趣的信号S3的装置60。装置53还包括分别布置在装置60的上游和下游对信号进行频率处理的装置62、64。
装置62包括两个快速傅立叶变换单元，用于将有噪声感兴趣的信号S2以及形成总传导噪声BC的传导噪声BC,A、BC,B分别变换为信号S2’和BC’。装置64包括快速傅立叶逆变换单元，用于将变换后的噪声校正信号S3’逆变换为噪声消除信号S3。
装置60包括装置66，其用于由总传导噪声BC（意即传导噪声BC,A、BC,B）估计出总改变辐射噪声Bim（意即改变辐射噪声Bim,A、Bim,B）。装置60还包括装置68，其用于从有噪声感兴趣的信号S2中减去由装置66估计出的估计改变辐射噪声Bime（意即改变辐射噪声Bime,A、Bime，B）。因而，装置60执行以下操作：S3’(t)=S2’-Bime+f(S3’(t-1))=S2’-(Bime,A+Bime,B)+f(S3’(t-1))。在该示例中，装置66包括具有多个噪声参考（noise reference）的维纳型自适应滤波器（Wiener type adaptive filter）。
用于频率处理的装置54包括装置70，其用于将噪声校正感兴趣的信号S3与具有单转换频率（single conversion frequency）F4的转换信号S4混频成具有单中频(single intermediate frequency)F5的中间噪声校正感兴趣的信号S5。在该示例中，装置70包括IF（Intermediate Frequency，中频）型转换器。装置70形成用于选择频率F5的装置，该频率F5用于由接收设备32从有噪声感兴趣的信号S2中接收无线电频率信号。用于选择的装置与用于混频的装置是共用的。作为一个变型，用于选择的装置与用于混频的装置是区分开的。
因此车辆12包括具有传感器44A、44B以及单元33（其包括具有装置66的装置60）的噪声减少设备。该设备根据以下的步骤流程来实现辐射电磁噪声的减少：
-源18、20产生传导噪声BC,A、BC,B及初始辐射噪声Bii,A、Bii,B。
-噪声Bii,A、Bii,B经过车辆环境分别改变为改变辐射噪声Bim,A、Bim,B。
-对传导噪声BC,A、BC,B及感兴趣的信号S2全部进行测量。噪声BC的数量取决于车辆中噪声源的数量。
因而，一个传导噪声传感器对应于每个源。
-由滤波器46、装置40和50、以及滤波器52相继对传导噪声BC,A、BC,B及感兴趣的信号S2三个全部进行处理。
-随后由装置66对改变辐射噪声Bim,A、Bim,B进行估计。
-由装置68确定噪声校正信号S3。
-使用共用的装置54、70选择噪声校正信号S3的频率F5。
-由装置56和58对噪声校正信号S3进行最后处理。
每个传感器44A、44B仅对传导噪声BC,A、BC,B敏感而对辐射电磁信号则并不敏感。如图5所示，传感器44A围绕有线传送装置26的导线布置，该导线位于一侧的电池16和转换器18与另一侧的转换器20之间。
图6A示出单个传感器44B。该传感器44B围绕转换器20与设备22之间的所有导体相线（conductor phase wire）26B1-3布置。由此简单地通过单个传感器装置来测量传导噪声BC,A，这是经济的。
在图6B中示出了一个变型，其中传感器44B包括三个传感器44B1、44B2和44B3。传感器44B1-3彼此相同且每一个都分别围绕转换器20与设备22之间的装置26的一根导体相线26B1-3布置。因而，每一噪声被独立地测量。接下来还要完成的处理步骤包括使用测量的噪声进行自适应滤波。
参见图7、图8和图9，每个传感器44都包括罗果夫斯基型线圈（Rogowskitype coil）72。该线圈72绕Z轴具有大体环形的形状，并包括介电材料的中空环形支撑75，且该环形支撑75覆盖有热缩塑料（heat shrink plastic）的保护涂层76。线圈72包括两端78、80以及用于连接所述两端78、80的套管82。线圈72还包括绝缘电缆84，其在环形支撑74的内部穿过并缠绕在环形支撑周围。传感器44的支撑74具有分别大体等于52mm和36mm的外径De和内径Di。截面图示出大约8mm的外径Ds。每个传感器44还包括装置86，其用于整合线圈72所测量信号的变化。这些整合装置86包括图7中所示的电容器88和电阻器90。
用于传感器44A的线圈72的其他特征将参照图10在下表1中加以描述，图10中示出对于150kHz到20MHz范围的频率值，基于频率的增益变化。
[表1]
  特性   值
  1MHz处的灵敏度   0.55V/A
  带宽R=20Ω,C=22nF   10.85MHz
  中心频率F0   2.24MHz
  截止频率F1,F2   445kHz和11.29MHz
  最大增益的频率F3   844kHz
  频率F3的最低损耗   33.5dB
  1MHz处的输入阻抗   13.2Ω
  1MHz处的电感   1.42μH
用于传感器44B1-3的环形支撑74的外径De和内径Di分别大体等于45mm和29mm。用于传感器44B1-3的线圈72的其他特征将参照图11在下表2中加以描述。
[表2]
  特性   值
  1MHz处的灵敏度   0.5V/A
  带宽R=20Ω,C=22nF   12.1MHz
  中心频率F0   2.5MHz
  截止频率F1,F2   499kHz和12.6MHz
  最大增益的频率F3   1.08MHz
  频率F3的最低损耗   32.7dB
  1MHz处的输入阻抗   15.4Ω
  1MHz处的电感   2.05μH
用于传感器44B4的环形支撑74的外径De和内径Di分别大体等于70mm和54mm。根据第一实施例的该线圈的其他特征将参照图12在下表3中加以描述。
[表3]
  特性   值
  1MHz处的灵敏度   0.4V/A
  最大增益的频率F3   600kHz
  频率F3的最低损耗   35.5dB
  1MHz处的输入阻抗   15.8Ω
  1MHz处的电感   1.3μH
图13示出根据第二实施例的设施。与前文附图中所示元件相类似的元件使用相同的附图标记加以标示。
在该实施例中，用于频率处理的装置54放置在装置48与装置50之间。进一步，频率处理装置54包括装置70，其用于将有噪声参考信号S2与转换信号混频并将传导噪声BC与一不同的转换信号混频。用于混频的装置70彼此连接，以使来自装置70的信号的中频能够兼容（compatible），实际上是指能够相同。
本发明不限于前文所述的各实施例。
本设备可包括单个传导噪声传感器，用于对汽车中接收的无线电信号进行噪声校正。
该申请的原理已参照一个或多个优选实施例加以描述及阐示，应当理解这些优选的实施例可在布置及细节上加以修改，而不会脱离此处所揭示的原理，并且这里意于使本申请被理解为包括落入此处所揭示主题精神及范围内的所有修改和变型。
本申请要求于2009年11月30日提交的法国专利申请FR 0958492的优先权，其全部内容通过援引合并入此处。
附图标记
10设施环境
12车辆
14电能源
16电池
18源
20能量转换器
22设备
24电力部分
26装置
26B1、26B2、26B3导体相线
28设备
30天线
32调谐器
33单元
40装置
44、44A、44B、44B1、44B2、44B3、44B4传感器
46滤波器
48装置
50装置
52滤波器
53装置
54装置
56装置
58装置
60装置
62装置
64装置
66装置
68装置
70装置
72线圈
74支撑
76保护涂层
78端
80端
82套管
84绝缘电缆
86装置
88电容器
90电阻器

Claims (10)

1.一种设备，用于在混合动力车辆（12）中减少电磁噪声，其特征在于，该设备包括：
-至少一个传感器（44A、44B），用于测量由至少一个噪声源产生的传导噪声（BC,A、BC,B）
-改变辐射噪声（Bim,A、Bim,B）的减少单元（33），所述改变辐射噪声（Bim,A、Bim,B）是在感兴趣的信号（S2）上，所述改变辐射噪声（Bim,A、Bim,B）使得所述感兴趣的信号（S2）带有噪声，其中所述减少单元（33）包括装置（60），该装置（60）用于由所述带有噪声的感兴趣的信号（S2）确定噪声校正感兴趣的信号（S3），其中进行所述确定的装置（60）包括装置（66），该装置（66）用于由所述传导噪声（BC,A、BC,B）估计所述改变辐射噪声（Bim,A、Bim,B）。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器（44A、44B）包括罗果夫斯基型线圈（72）。
3.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，用于由所述传导噪声（BC,A、BC,B）估计所述改变辐射噪声（Bim,A、Bim,B）的所述装置（66）包括自适应滤波器。
4.根据前述任一权利要求所述的设备，包括装置（46），用于将以模拟型式测量的所述带有噪声的感兴趣的信号（S2）和/或传导噪声（BC，A、BC,B）转换成数字型式，其中进行所述转换的装置（46）布置在用于确定所述噪声校正感兴趣的信号（S3）的装置（80）上游。
5.根据前述任一权利要求所述的设备，包括用于选择一频率（F5）的装置（54、70），所述频率（F5）用于接收无线电频率信号。
6.根据前述任一权利要求所述的设备，包括装置（70），该装置（70）用于将所述带有噪声的感兴趣的信号（S2）和/或所述测量的传导噪声（BC,A、BC,B）和/或所述噪声校正感兴趣的信号（S3）与具有转换频率（F4）的转换信号（S4）混频成具有单中频（F5）的：中间有噪声感兴趣的信号和/或中间测量传导噪声和/或中间噪声校正感兴趣的信号（S5）。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其中用于所述混频的装置（54、70）和用于所述选择的装置（54、70）是共用的。
8.一种组件，包括：
-至少一个噪声源（18、20），其包括能量转换器（20）及DC-DC转换器（18）；
-至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的噪声减少设备，该设备包括位于所述能量转换器（20）与所述DC-DC转换器（18）之间的至少一个传导噪声（BC,B）传感器（44B）以及位于所述能量转换器（20）与电动机（24）之间的至少一个传导噪声（BC,A）传感器（44A）。
9.一种车辆（12），其特征在于，该车辆（12）包括根据权利要求1至7中任一项所述的噪声减少设备或者根据前一权利要求所述的组件。
10.一种混合动力车辆（12）中的电磁噪声减少方法，其特征在于：
-测量由至少一个噪声源（18、20）产生的至少一个传导噪声（BC,A、BC,B）；
-由所述传导噪声（BC,A、BC,B）估计感兴趣的信号（S2）上改变的辐射噪声（Bim,A、Bim,B），所述改变辐射噪声（Bim,A、Bim,B）使得所述感兴趣的信号（S2）带有噪声，其中所述改变辐射噪声是由初始的辐射噪声（Bii）得到，所述初始的辐射噪声（Bii）由所述噪声源（18、20）产生并被所述设备的环境改变，以及
-由所述带有噪声的感兴趣的信号（S2）以及估计的所述改变辐射噪声（Bime,A、Bime，B）确定所述噪声校正感兴趣的信号（S3）。
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