JP2016140002A - 車両用ノイズキャンセリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ノイズ用のアンテナを設けることなく、受信信号に含まれるノイズを低減させる車両用ノイズキャンセリング装置を提供する。【解決手段】車両用ノイズキャンセリング装置36は、モータ駆動制御装置14によるモータ12のPWM制御によって、モータ駆動制御装置14から供給される電流の電流値を取得し、取得した電流値IpとPWM周波数Fpとから車両ノイズ信号FDnを推定する車両ノイズ推定部42と、アンテナ20で受信された放送信号の受信信号FDrfから車両ノイズ信号FDnを除去するノイズ除去部46とを備える。【選択図】図3

Description

本発明は、車両に搭載されたアンテナで受信される放送信号からノイズ信号を除去する車両用ノイズキャンセリング装置に関する。
下記特許文献1には、ノイズ除去機能を備えた無線装置が開示されている。簡単に説明すると、通信を行う第1のアンテナが受信する受信信号と、ノイズ受信を行う第2のアンテナが受信するノイズ信号とをベースバンド信号の周波数に変換する。そして、それぞれのベースバンド信号をデジタル受信信号とデジタルノイズ信号とに変換し、2つのデジタル信号の差分をノイズ差分情報としてメモリに記憶し、新たに受信したデジタル受信信号からノイズ差分情報を減算することで、ノイズを除去する。
特開2004−304670号公報
しかしながら、上記特許文献1では、信号を受信するための第1のアンテナと、ノイズを受信するための第2のアンテナとの2つのアンテナが必要なので、アンテナを搭載するスペースが1つのアンテナで済む場合に比べ2倍になるとともに、アンテナのコストも2倍となる。
そこで、本発明は、ノイズ用のアンテナを設けることなく、受信信号に含まれるノイズを低減させる車両用ノイズキャンセリング装置を提供することを目的とする。
本発明は、車両用ノイズキャンセリング装置であって、モータ駆動制御装置によるモータのPWM制御によって、前記モータ駆動制御装置から供給される電流の電流値を取得し、取得した前記電流値とPWM周波数とから車両ノイズ信号を推定する車両ノイズ推定部と、アンテナで受信された放送信号の受信信号から前記車両ノイズ信号を除去するノイズ除去部と、を備える。
この発明によれば、アンテナが受信した受信信号に含まれるノイズを低減させることができ、ノイズ用のアンテナを別途設ける必要がない。
本発明は、前記車両用ノイズキャンセリング装置であって、前記車両ノイズ推定部は、前記アンテナで受信される前記車両ノイズ信号を推定し、前記ノイズ除去部は、前記受信信号から、推定された前記アンテナで受信される前記車両ノイズ信号を除去してもよい。これにより、アンテナが受信した受信信号に含まれるノイズを精度よく低減させることができる。
本発明は、前記車両用ノイズキャンセリング装置であって、前記車両ノイズ推定部は、前記車両用ノイズキャンセリング装置が搭載される車両における前記モータ駆動制御装置および前記アンテナの配置位置、前記車両の形状、前記アンテナの仕様、前記モータ駆動制御装置から供給される電流を前記モータに伝達するハーネスのレイアウト、および、前記モータの前記車両における配置位置のうち、少なくとも1つに基づいて、前記アンテナで受信される前記車両ノイズ信号を推定してもよい。これにより、アンテナで受信される車両ノイズ信号を精度よく推定することができる。
本発明は、前記車両用ノイズキャンセリング装置であって、前記車両ノイズ推定部は、前記電流値と前記PWM周波数とから、前記モータ駆動制御装置、前記モータ、および、前記ハーネスのうち少なくとも1つで構成されるノイズ発生源が発生する前記車両ノイズ信号を推定する発生源ノイズ推定部と、前記発生源ノイズ推定部が推定した前記車両ノイズ信号から、前記アンテナで受信される前記車両ノイズ信号を推定するアンテナ端ノイズ推定部と、を備えてもよい。これにより、アンテナで受信される車両ノイズ信号を精度よく推定することができる。
本発明は、前記車両用ノイズキャンセリング装置であって、前記アンテナ端ノイズ推定部は、前記発生源ノイズ推定部が推定した前記車両ノイズ信号を、前記ノイズ発生源が発生した前記車両ノイズ信号が前記アンテナに伝達される周波数応答特性を用いて補正することで、前記アンテナで受信される前記車両ノイズ信号を推定してもよい。これにより、アンテナで受信される車両ノイズ信号を精度よく推定することができる。
本発明は、前記車両用ノイズキャンセリング装置であって、車種毎に、前記周波数応答特性を記憶したテーブルを備え、前記アンテナ端ノイズ推定部は、前記車両用ノイズキャンセリング装置が搭載された車種に対応する前記周波数応答特性を前記テーブルから取得してもよい。これにより、複数の車種に対応した車両用ノイズキャンセリング装置を提供することができ、且つ、車両用ノイズキャンセリング装置が搭載された車種の車両に搭載されたアンテナで受信される車両ノイズ信号を精度よく推定することができる。
本発明によれば、アンテナが受信した受信信号に含まれるノイズを低減させることができ、ノイズ用のアンテナを別途設ける必要がない。
実施の形態に係る車両の側面図である。 図1に示す車両に搭載されるラジオ受信機の概略構成図を示す。 図2に示す車両用ノイズキャンセリング装置の構成を示す図である。 周波数軸に対するノイズ発生源で発生した車両ノイズ信号の一例を示す図である。 図1に示す車両の車種に対応したノイズ伝達関数を示すグラフである。 推定したアンテナで受信される車両ノイズ信号の一例を示す図である。
本発明に係る車両用ノイズキャンセリング装置(車両用ラジオノイズ除去装置)について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係る車両10の側面図である。車両10は、駆動源となるモータ12と、モータ12を駆動し、その駆動を制御するモータ駆動制御装置14とを有する電動車両である。なお、車両10は、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド車両であってもよい。モータ12は、例えば、車両10の前方に配置されたボンネット16下で、前輪WFの近傍に設けられた図示しないモータルーム内に配置されており、モータ駆動制御装置14は、後輪WRの近傍に設けられている。モータ駆動制御装置14は、図示しないバッテリの直流電流を3相の交流電流に変換してモータ12を駆動するドライバ(例えば、インバータ)14aと、ドライバ14aをPWM制御する制御装置(コンピュータ)14bとを有する。
ドライバ14aは、UVWの3相に応じたスイッチング素子(図示略)を複数有する。制御装置14bがこのスイッチング素子のオンオフを、PWM周期の範囲内で定められたデューティ比に応じて切り換えることで、ドライバ14aは前記バッテリの直流電流を3相の交流電流に変換して、モータ12を駆動させる。制御装置14bがデューティ比を変えることで、モータ12の駆動が制御される。車両10のルーフパネル18の後方には、放送信号(放送電波)を受信するアンテナ20が設けられている。なお、モータ駆動制御装置14のドライバ14aとモータ12とは、ハーネス22によって接続されており、このハーネス22によって3相の交流電流がモータ12に供給される。このハーネス22を介してモータ12に供給される交流電流の電流値(実効値)Ipは、車両10に設けられた電流センサ(電流検出値)24によって検出される。なお、この電流センサ24は、モータ駆動制御装置14内に設けられていてもよい。
図2は、図1に示す車両10に搭載されるラジオ受信機30の概略構成図を示す。ラジオ受信機30は、アンテナ20、バンドパスフィルタ32、AD変換器34、車両用ノイズキャンセリング装置36、および、チューナ38を有する。アンテナ20は、放送信号(以下、FMラジオ放送信号(FMラジオ放送電波)を例に挙げて説明する)を受信し、受信したアナログの受信信号をバンドパスフィルタ32に出力する。バンドパスフィルタ32は、アンテナ20が受信した受信信号のうち、FMラジオ放送信号の周波数帯域幅の受信信号ArfをAD変換器34に出力する。つまり、バンドパスフィルタ32から出力される受信信号Arfは、FMラジオ放送信号が放送される所定の周波数帯域(例えば、76MHz〜108MHz)に制限されたアナログ信号となる。AD変換器34は、アナログの受信信号Arfをデジタルの受信信号Drfに変換して車両用ノイズキャンセリング装置36に出力する。
なお、モータ駆動制御装置14がモータ12を駆動することで車両ノイズ信号(車両ノイズ電波)が発生することから、アンテナ20が受信する受信信号Arfは、FMラジオ放送信号と車両ノイズ信号とを含むことになる。これにより、AD変換器34から出力されるデジタルの受信信号Drfは、FMラジオ放送信号と、車両ノイズ信号とを有する。この車両ノイズ信号は、モータ駆動制御装置14がモータ12を駆動することで発生するものであることから、周波数軸上で繰り返し発生する。つまり、一定の周波数で車両ノイズ信号が発生する。車両ノイズ信号を発生するノイズ発生源は、モータ12、モータ駆動制御装置14、および、ハーネス22のうち少なくとも1つで構成される。つまり、少なくともモータ12、モータ駆動制御装置14、および、ハーネス22の少なくとも1つから車両ノイズ信号が発生する。
車両用ノイズキャンセリング装置36は、デジタルの受信信号Drfから、車両ノイズ信号を除去(減算)した出力信号Soutを生成して、チューナ38に出力する。この車両用ノイズキャンセリング装置36の構成については後で詳しく説明する。チューナ38は、出力信号Soutをアナログ信号に変換して、検波・復調する。このチューナ38は、一般的に市販されているRFチューナであってもよい。チューナ38の出力信号であるオーディオ信号は、オーディオ増幅器(図示略)を通じて車両10の車室内に設けられたスピーカ(図示略)に供給され、前記スピーカから音が出力される。なお、チューナ38にDA変換器が設けられていない場合は、車両用ノイズキャンセリング装置36とチューナ38との間にDA変換器を設けてもよい。
図3は、車両用ノイズキャンセリング装置36の構成を示す図である。車両用ノイズキャンセリング装置36は、周波数解析部40、車両ノイズ推定部42、テーブル44、および、ノイズ除去部46を備える。この車両用ノイズキャンセリング装置36は、コンピュータとプログラムが記憶された記憶媒体とを有し(図示略)、該コンピュータがプログラムを実行することで、本実施の形態の車両用ノイズキャンセリング装置36として機能する。
周波数解析部40は、AD変換器34が出力したデジタルの受信信号Drfの周波数を解析する。つまり、周波数解析部40は、受信信号Drfを時間領域から周波数領域に変換して周波数スペクトルの受信信号FDrfを生成することで周波数を解析する。周波数解析部40は、例えば、高速フーリエ変換(FFT)を用いて受信信号Drfの周波数を解析することができる。周波数解析部40は、生成した周波数スペクトルの受信信号FDrfをノイズ除去部46に出力する。
車両ノイズ推定部42は、電流センサ24が検出した交流電流の電流値(実効値)Ipと、モータ駆動制御装置14のPWM周波数Fp(PWM周波数Fp=1/PWM周期)とから周波数スペクトルの車両ノイズ信号FDnを推定する。車両ノイズ推定部42は、アンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDnを推定する。車両ノイズ推定部42で推定される車両ノイズ信号FDnは、FMラジオ放送信号が放送される前記所定の周波数帯域におけるノイズ信号である。車両ノイズ推定部42は、車両10におけるモータ駆動制御装置14およびアンテナ20の配置位置、車両10におけるモータ12の配置位置、車両10の形状、アンテナ20の仕様、ハーネス22のレイアウトのち少なくとも1つの条件に基づいて、アンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDnを推定する。
具体的には、車両ノイズ推定部42は、前記ノイズ発生源が発生する車両ノイズ信号FDn(以下、発生源ノイズ信号FDn1)を推定する発生源ノイズ推定部42aと、アンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDn(以下、アンテナ端ノイズ信号FDn2)を推定するアンテナ端ノイズ推定部42bとを有する。
発生源ノイズ推定部42aは、電流センサ24が検出した交流電流の電流値(実効値)Ipと、モータ駆動制御装置14のPWM周波数Fpとから、前記ノイズ発生源における周波数スペクトルの発生源ノイズ信号FDn1を推定する。発生源ノイズ信号FDn1は、モータ12に流れる交流電流が切り換わるタイミングで発生し、且つ、その交流電流の電流値(実効値)Ipの大きさに応じて大きくなる。つまり、発生源ノイズ信号FDn1は、PWM周波数Fpで発生し、その大きさは、交流電流の電流値Ipが大きくなる程大きくなる。また、発生源ノイズ信号FDn1は、図4に示すように、PWM周波数Fpにおいて最も大きくなり、それ以外の周波数帯域においては、PWM周波数Fpから離れるにしたがって小さくなる。したがって、発生源ノイズ推定部42aは、この特性を利用して、PWM周波数Fpと交流電流の電流値Ipとから、FMラジオ放送信号が放送される前記所定の周波数帯域(例えば、76MHz〜108MHz)における発生源ノイズ信号FDn1を推定する。図4の四角で囲った枠は、推定した前記所定の周波数帯域における周波数スペクトルの発生源ノイズ信号FDn1を示している。なお、図4に示す例では、交流電流の電流値Ipは一定とする。発生源ノイズ推定部42aは、推定した前記ノイズ発生源における前記所定の周波数帯域における発生源ノイズ信号FDn1をアンテナ端ノイズ推定部42bに出力する。
テーブル44は、ノイズ伝達関数HVを記憶している。このノイズ伝達関数HVは、前記所定の周波数帯域における周波数スペクトルの発生源ノイズ信号FDn1がアンテナ20に伝達される周波数応答特性を示すものであり、予め実験を行うことによって求められたものである。このノイズ伝達関数HVは、車両10におけるモータ駆動制御装置14およびアンテナ20の配置位置、車両10におけるモータ12の配置位置、車両10の形状、アンテナ20の仕様、ハーネス22のレイアウトのち少なくとも1つの条件に基づいて決定される。テーブル44は、車種毎にノイズ伝達関数HVを記憶している。これにより、複数の車種に対応することができる。図5は、本実施の形態の図1に示す車両10の車種に対応したノイズ伝達関数HVを示すグラフである。
アンテナ端ノイズ推定部42bは、発生源ノイズ推定部42aが推定した前記所定の周波数帯域における周波数スペクトルの発生源ノイズ信号FDn1から、前記所定の周波数帯域における周波数スペクトルのアンテナ端ノイズ信号FDn2を推定する。アンテナ端ノイズ推定部42bは、前記所定の周波数帯域における発生源ノイズ信号FDn1を、ラジオ受信機30(車両用ノイズキャンセリング装置36)が搭載された車両10のノイズ伝達関数HVを用いて補正することで、アンテナ端ノイズ信号FDn2を推定する。具体的には、アンテナ端ノイズ推定部42bは、ラジオ受信機30(車両用ノイズキャンセリング装置36)が搭載された車両10の車種に対応したノイズ伝達関数HVをテーブル44から取得し、前記所定の周波数帯域における発生源ノイズ信号FDn1にノイズ伝達関数HVを乗算することで、前記所定の周波数帯域におけるアンテナ端ノイズ信号FDn2を推定する。つまり、FDn2=FDn1×HV、の関係式を用いて、アンテナ端ノイズ信号FDn2を推定する。図6は、アンテナ端ノイズ推定部42bが推定した前記所定の周波数帯域におけるアンテナ端ノイズ信号FDn2の一例を示す図である。アンテナ端ノイズ推定部42bは、推定したアンテナ端ノイズ信号FDn2をノイズ除去部46に出力する。
ノイズ除去部46は、周波数解析部40が出力した周波数スペクトルの受信信号FDrfから、車両ノイズ推定部42が推定した前記所定の周波数帯域における周波数スペクトルの車両ノイズ信号FDnを除去(減算)する。詳しくは、ノイズ除去部46は、周波数スペクトルの受信信号FDrfから、アンテナ端ノイズ推定部42bが推定した前記所定の周波数帯域におけるアンテナ端ノイズ信号FDn2を除去する。このとき、ノイズ除去部46は、同じ周波数同士で受信信号FDrfから車両ノイズ信号FDn(アンテナ端ノイズ信号FDn2)を減算することで、受信信号FDrfから車両ノイズ信号FDnを除去する。これにより、車両ノイズ信号FDnが除去された受信信号FDrfを得ることができる。ノイズ除去部46は、車両ノイズ信号FDn(アンテナ端ノイズ信号FDn2)を除去した受信信号FDrfを出力信号Soutとしてチューナ38に出力する。
チューナ38は、逆FFTを用いて出力信号Soutを周波数領域から時間領域に変換し、変換後の出力信号SoutをDA変換してアナログ信号に変換した後、検波・復調する。なお、チューナ38に逆FFTの機能やDA変換の機能がない場合には、ラジオ受信機30に、出力信号Soutに対して逆FFTを行う逆FFT処理部や、逆FFTが行われた後のデジタルの出力信号Soutをアナログに変換するDA変換器を設けてもよい。
このように、本実施の形態の車両用ノイズキャンセリング装置36においては、車両ノイズ推定部42が、モータ駆動制御装置14のPWM周波数Fpおよび電流値(実効値)Ipを取得し、PWM周波数Fpと電流値Ipとから車両ノイズ信号FDnを推定し、ノイズ除去部46が、アンテナ20で受信された放送信号の受信信号FDrfから車両ノイズ信号FDnを除去する。これにより、アンテナ20が受信した受信信号Arfに含まれるノイズを低減させることができ、ノイズ用のアンテナを別途設ける必要がない。
車両ノイズ推定部42は、アンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDn(FDn2)を推定し、ノイズ除去部46は、受信信号FDrfから、推定されたアンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDn(FDn2)を除去する。これにより、アンテナ20が受信した受信信号Arfに含まれるノイズを精度よく低減させることができる。
車両ノイズ推定部42は、車両用ノイズキャンセリング装置36が搭載される車両10におけるモータ駆動制御装置14およびアンテナ20の配置位置、車両10の形状、アンテナ20の仕様、ハーネス22のレイアウト、モータ12の車両10における配置位置のうち、少なくとも1つに基づいて、アンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDn(FDn2)を推定する。これにより、アンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDn(FDn2)を精度よく推定することができる。
車両ノイズ推定部42は、PWM周波数Fpと電流値Ipとから、モータ駆動制御装置14、モータ12、および、ハーネス22のうち少なくとも1つで構成される前記ノイズ発生源が発生する車両ノイズ信号FDn(FDn1)を推定する発生源ノイズ推定部42aと、発生源ノイズ推定部42aが推定した車両ノイズ信号FDn(FDn1)から、アンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDn(FDn2)を推定するアンテナ端ノイズ推定部42bとを備える。これにより、アンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDnを精度よく推定することができる。
アンテナ端ノイズ推定部42bは、発生源ノイズ推定部42aが推定した車両ノイズ信号FDn(FDn1)を、前記ノイズ発生源が発生した車両ノイズ信号FDn(FDn1)がアンテナ20に伝達される周波数応答特性を用いて補正することで、アンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDn(FDn2)を推定する。これにより、アンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDn(FDn2)を精度よく推定することができる。
車種毎に、周波数応答特性を示すノイズ伝達関数HVを記憶したテーブル44を備え、アンテナ端ノイズ推定部42bは、車両用ノイズキャンセリング装置36が搭載された車種に対応するノイズ伝達関数HVをテーブル44から取得する。これにより、複数の車種に対応した車両用ノイズキャンセリング装置36を提供することができ、且つ、車両用ノイズキャンセリング装置36が搭載された車種の車両10に搭載されたアンテナ20で受信される車両ノイズ信号FDn(FDn2)を精度よく推定することができる。
なお、車両ノイズ推定部42は、まず、発生源ノイズ推定部42aで発生源ノイズ信号FDn1を推定し、アンテナ端ノイズ推定部42bで推定された発生源ノイズ信号FDn1からアンテナ端ノイズ信号FDn2を推定するようにしたが、PWM周波数Fpと電流値Ipとからアンテナ端ノイズ信号FDn2を直接求めてもよい。この場合であっても、車両ノイズ推定部42は、車両用ノイズキャンセリング装置36が搭載される車両10におけるモータ駆動制御装置14およびアンテナ20の配置位置、車両10の形状、アンテナ20の仕様、ハーネス22のレイアウト、モータ12の車両10における配置位置のうち、少なくとも1つに基づいて、アンテナ端ノイズ信号FDn2を推定する。また、ラジオ受信機30(車両用ノイズキャンセリング装置36)が搭載される車種が予め決まっている場合は、テーブル44には、ラジオ受信機(車両用ノイズキャンセリング装置36)が搭載される車種に対応するノイズ伝達関数HVのみを記憶してもよい。
10…車両 12…モータ
14…モータ駆動制御装置 14a…ドライバ
14b…制御装置 20…アンテナ
22…ハーネス 24…電流センサ
30…ラジオ受信機 32…バンドパスフィルタ
34…AD変換器 36…車両用ノイズキャンセリング装置
38…チューナ 40…周波数解析部
42…車両ノイズ推定部 42a…発生源ノイズ推定部
42b…アンテナ端ノイズ推定部 44…テーブル
46…ノイズ除去部

Claims (6)

  1. モータ駆動制御装置によるモータのPWM制御によって、前記モータ駆動制御装置から供給される電流の電流値を取得し、取得した前記電流値とPWM周波数とから車両ノイズ信号を推定する車両ノイズ推定部と、
    アンテナで受信された放送信号の受信信号から前記車両ノイズ信号を除去するノイズ除去部と、
    を備える車両用ノイズキャンセリング装置。
  2. 請求項1に記載の車両用ノイズキャンセリング装置であって、
    前記車両ノイズ推定部は、前記アンテナで受信される前記車両ノイズ信号を推定し、
    前記ノイズ除去部は、前記受信信号から、推定された前記アンテナで受信される前記車両ノイズ信号を除去する
    ことを特徴とする車両用ノイズキャンセリング装置。
  3. 請求項2に記載の車両用ノイズキャンセリング装置であって、
    前記車両ノイズ推定部は、前記車両用ノイズキャンセリング装置が搭載される車両における前記モータ駆動制御装置および前記アンテナの配置位置、前記車両の形状、前記アンテナの仕様、前記モータ駆動制御装置から供給される電流を前記モータに伝達するハーネスのレイアウト、および、前記モータの前記車両における配置位置のうち、少なくとも1つに基づいて、前記アンテナで受信される前記車両ノイズ信号を推定する
    ことを特徴とする車両用ノイズキャンセリング装置。
  4. 請求項3に記載の車両用ノイズキャンセリング装置であって、
    前記車両ノイズ推定部は、
    前記電流値と前記PWM周波数とから、前記モータ駆動制御装置、前記モータ、および、前記ハーネスのうち少なくとも1つで構成されるノイズ発生源が発生する前記車両ノイズ信号を推定する発生源ノイズ推定部と、
    前記発生源ノイズ推定部が推定した前記車両ノイズ信号から、前記アンテナで受信される前記車両ノイズ信号を推定するアンテナ端ノイズ推定部と、
    を備えることを特徴とする車両用ノイズキャンセリング装置。
  5. 請求項4に記載の車両用ノイズキャンセリング装置であって、
    前記アンテナ端ノイズ推定部は、前記発生源ノイズ推定部が推定した前記車両ノイズ信号を、前記ノイズ発生源が発生した前記車両ノイズ信号が前記アンテナに伝達される周波数応答特性を用いて補正することで、前記アンテナで受信される前記車両ノイズ信号を推定する
    ことを特徴とする車両用ノイズキャンセリング装置。
  6. 請求項5に記載の車両用ノイズキャンセリング装置であって、
    車種毎に、前記周波数応答特性を記憶したテーブルを備え、
    前記アンテナ端ノイズ推定部は、前記車両用ノイズキャンセリング装置が搭載された車種に対応する前記周波数応答特性を前記テーブルから取得する
    ことを特徴とする車両用ノイズキャンセリング装置。
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