JP4635541B2 - 車載電装機器制御装置および車載電装機器制御方法 - Google Patents
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Description
ステッピングモータをPWM制御によって駆動する場合、ステッピングモータからPWM制御のスイッチングにおける制御基本周波数およびその高調波周波数のスイッチングノイズが発生する。このステッピングモータが車両に搭載された機器に使用されている場合、スイッチングノイズは、たとえば同じ車両に搭載されている車載ラジオの聴取に対して影響を与えて聴取を困難にしたり、耳障りとなる雑音を発生させたりする。
これは、制御基本周波数の高調波スペクトルのピークを低減させることによって、ラジオ聴取に対するスイッチングノイズの影響を抑制しようとするものである。
図1に、実施例の全体構成を示す。
なお本実施例は、インバータによるPWM制御によって直流電源から交流電力を生成し、該交流電力で三相モータを駆動するモータ駆動システムに適用したものである。
ラジオ放送を受信するラジオ受信機3と、モータ駆動部2を備えた車載電装機器4とが、それぞれ車載電装機器制御装置1に接続される。
ラジオ受信機3は、内部の受信部31によってラジオ放送の受信を行い、図示しないスピーカを通じて音声出力を行う。
車載電装機器制御装置1は、ラジオ受信機3の受信部31が現在受信しているラジオ放送の受信チャンネル情報を検出する受信チャンネル情報検出部11と、モータ駆動部2内のモータ25をPWM制御によって駆動するための制御基本周波数を拡散させるかどうかを決定する制御基本周波数拡散決定部12と、制御基本周波数拡散決定部12の決定結果にもとづいて制御基本周波数信号を発生させる制御基本周波数発生部13とを備える。
制御基本周波数拡散決定部12は、受信チャンネル情報検出部11によって検出された受信チャンネル情報にもとづいて制御基本周波数を拡散させるかどうかの決定を行うものである。
なお、制御基本周波数拡散決定部12の詳細については後述する。
制御基本周波数発生部13は、発生させた制御基本周波数信号を、モータ駆動部2内の後述する制御信号発生部21に印加する。
モータ駆動部2は、モータ25と、モータ25を駆動するための直流電源24と、直流電源24の直流電力をPWM制御により交流電力に変換するインバータ23とを備える。
またモータ駆動部2は、モータ25を制御するための制御信号を発生させる制御信号発生部21と、制御信号にもとづいてインバータ23を駆動させるための駆動信号を発生させる駆動部22とを備える。
またモータ25には、モータの回転速度や位相、モータ電流など(以下、センサ信号と呼ぶ)を検出するセンサ26が付設されている。
制御信号発生部21には、センサ26によって検出されたセンサ信号が入力され、さらに、図示しない車載電装機器4内の制御部からの指令信号が入力され、これらの信号にもとづいてモータ25を制御する制御信号を発生させる。
制御基本周波数拡散決定部12は、受信チャンネル情報検出部11によって検出された受信部31が受信する受信チャンネルの周波数や電界強度、変調方式にもとづいて、制御基本周波数を拡散させるかどうかの判断を行うものである。
またこの判断は、あらかじめ判断基準や受信チャンネル情報ごとの拡散方法を収録したマップを用いて行われる。
たとえば、この場合の受信チャンネルがAM放送であるとすると、その音声信号が側帯波帯に相当する。
図中の拡散前に示されるように、側帯波帯域内に制御高調波スペクトルが含まれることによって、該制御高調波がノイズとなり、ラジオ受信機3の図示しないスピーカ等からノイズが出力される。
このノイズによって、本来聴取したいラジオ放送の音声の聴取を妨害したり、耳障りな音が生じたりすることとなる。
これによって、受信チャンネルスペクトルの側帯波帯域内に含まれていた高調波スペクトルのピークレベルが低減される。
このように、制御高調波スペクトルが受信チャンネルスペクトル帯域に含まれている場合には、制御基本周波数拡散決定部12は制御基本周波数を拡散させるものとして判断する。よって、制御高調波スペクトルのピークレベルが低減され、雑音の出力レベルを低減させることができる。
図中の拡散前に示すように、この場合にはもともと制御基本周波数およびその高調波周波数に起因する音声へのノイズ混入はない。
このとき、図中の拡散後に示すように、制御基本周波数を拡散させることで制御高調波スペクトルが拡散してその帯域が広がり、受信チャンネルスペクトルの側帯波帯にまで混入してしまうことが考えられる。
つまり、制御基本周波数を拡散させることで、もともとノイズがなかったものにノイズが混入してしまうという現象が起こりうることとなる。
したがって、制御高調波スペクトルが受信チャンネルスペクトルの帯域外である場合には、制御基本周波数拡散決定部12は制御基本周波数の拡散を行わないものとして判断する。
たとえばAMラジオ放送を受信しようとした場合、その放送電波が届きにくく、受信電界強度が著しく低い場合がある。
この場合の受信チャンネルスペクトルは、通常の音声の聴取が可能な場合と比較してレベルが低くなり、受信部31から出力される音声は小さくなっているものと考えられる。
この様なラジオ放送の受信状態で、受信しようとしている受信チャンネルの周波数帯域内に制御高調波スペクトルが存在する場合について説明する。
図中の拡散前に示すように、制御高調波スペクトルが、受信しようとしている受信チャンネルスペクトルの搬送波のレベルに比べて高いとすると、受信部31は制御高調波スペクトルを受信チャンネルの搬送波として認識してしまう。
ただしこの場合においても、制御高調波スペクトルの両側近傍には側帯波に相当するスペクトルは存在しない(レベルが低い)ことから、ラジオ受信機3からの音声出力としては発生しないか、または著しく小さくなる。
この場合、その搬送波と認識されたスペクトルの両側近傍には搬送波と認識されたスペクトルとレベルの近いスペクトルが多く存在している。したがってそれらが側帯波として認識され、ラジオ受信機3からの音声出力となる。
したがって、本来(制御基本周波数の拡散前)は静かであるべきところが、耳障りなノイズが発生することになる。
このように、受信チャンネルの電界強度が制御高調波に比べて著しく低い場合には、制御基本周波数拡散決定部12は制御基本周波数の拡散を行わないものとして判断する。
FM変調波は音声信号を周波数変調したものである。つまり、音声信号は周波数帯の広がりに変換されている。
したがって、図中の拡散前に示されるように、スペクトルのレベルは高くても、それ自体がラジオの音声出力にノイズとして与える影響は小さいと考えられる。
したがって、制御基本周波数を拡散してしまうと、図中の拡散後に示されるように、制御高調波の周波数帯域が広がり、ラジオの音声出力にノイズとして与える影響が大きくなると考えられる。
よって、FM変調波を受信している場合には、制御基本周波数拡散決定部12は制御基本周波数の拡散を行わないものとして判断する。
ここで、図5の(a)〜(c)を用いて、拡散波形について説明する。
図5の(a)は、制御基本周波数を三角波変調で拡散した場合を示すものである。
この場合には、三角波形の1周期の時間内に、同じ周波数を取る瞬間が2回存在し、それぞれが変動する周波数帯内で平等に存在する。
したがって、もともと単一の周波数スペクトルであった制御基本周波数または制御高周波スペクトルを三角波変調で拡散すると、拡散スペクトルはほぼ一定レベルのスペクトルの広がりを持つこととなる。
この場合には、正弦波の最大振幅時に近い周波数を取る時間が長くなり、正弦波の中心付近に近づくにしたがって、その周波数帯を占める時間帯が短くなる。
したがって、周波数スペクトルの広がりは拡散振幅の両端でレベルが高くなり、中央は凹んだ形状となる。
この場合には、矩形波の最大振幅を取っている時間のみが存在する。
なお、ここでは矩形波のデューティ比は50パーセントとしているため、周波数スペクトルは同じレベルの2つの周波数スペクトルに分割される。
これらは一例として示したが、変調波形に応じて、周波数スペクトルの拡散の様子はさまざまになる。
たとえば図5の(a)に示すように制御基本周波数を拡散させると、ピークレベルが低減するとともに、拡散の周波数帯域に渡ってスペクトルが広がる。
一方、図5の(c)に示すように制御基本周波数を拡散させた場合には、図5の(a)に示す拡散方法と比べると制御基本周波数のピークレベルの低減は小さいものとなるが、制御基本周波数の周波数帯域が非常に狭い(2つの山の周波数帯域幅は、理想的には、0Hz)。
したがって制御基本周波数拡散決定部12は、制御基本周波数を図6の(a)に示すように拡散させる。
よって図6の(b)に示すように、図5の(c)に示す拡散方法によって制御高調波は2つの周波数帯域に拡散され、その拡散された2つの周波数帯域間のレベルは0(理想的にはレベル0であるが、実際にはノイズが生じている)となっている。
また、所定のレベルを取る2つの周波数帯域間(レベルが0の部分)に受信部31が受信している受信チャンネルスペクトルが入るように、制御基本周波数拡散決定部12は制御基本周波数を拡散させる。
これによって、受信部31の受信チャンネルの音声出力に対するノイズの影響を抑制することができる。
このピークレベルの低減によって、自車両周囲の他車両に搭載された受信チャンネル情報がわからないラジオ受信機に対しても、ノイズの抑制を行うことができる。
これにより、車載電装機器4のモータ駆動部2の制御基本周波数およびその高調波に起因してラジオ受信機3に生じるノイズを抑制することができる。
これにより、ラジオ受信機3が受信しているチャンネルの周波数帯域内における制御基本周波数またはその高調波の周波数スペクトルのピークレベルを低減することが可能となり、ラジオ受信機3へのノイズ障害をより低減することができる。
これにより、ラジオ受信機3が受信しているチャンネルの周波数帯域内における制御基本周波数またはその高調波の周波数スペクトルを抑制し、他の周波数帯域内にスペクトルを形成することが可能となり、ラジオ受信機3へのノイズ障害をより低減することができる。
よって、受信チャンネル情報が検出できる自車両に搭載されたラジオ受信機3へのノイズ障害を抑制することができるとともに、他車両に搭載された受信機への影響も抑制することができる。
これにより、たとえば図3に示すように、受信チャンネルスペクトルが高調波スペクトルに対して著しく小さい場合など、受信チャンネルの電界強度がもともと弱く、ラジオ受信機3からの音声出力が聞き取れないような静かな状態から、制御基本周波数を拡散させることによって生じるノイズを抑制することができる。
これにより、制御基本周波数を拡散させることによって制御基本周波数または制御高調波スペクトルの周波数帯域が広がり、FM変調放送受信時のラジオ受信機3に受信障害が発生してしまうことを防止することができる。
図7の(a)、(b)は、自車両のラジオ受信機3が受信する受信チャンネルおよび他車両のラジオ受信機が受信する受信チャンネルと、自車両のモータ駆動部2の制御基本周波数における制御高調波スペクトルとの関係を示す図である。
なお他車両は、たとえば自車両と隣り合って走行している車両とする。
このような場合、制御基本周波数を拡散しなくとも自車両のラジオ受信機3への影響はない。
しかし、他車両のラジオ受信機への影響が考えられるが、他車両のラジオ受信機の受信チャンネル情報がわからないため、制御基本周波数拡散決定部12は制御基本周波数の拡散方法を決定することができない。
また他車両のラジオ受信機への影響を抑制するためには、自車両の受信チャンネルの周波数帯域以外の制御高調波スペクトルを、ピークレベルを低減するために図5の(a)に示した拡散方法によって拡散させることが望ましい。
よって自車両および他車両のラジオ受信機への影響を抑制するために、制御基本周波数拡散決定部12は図7の(b)に示すように、制御高調波スペクトルを自車両の受信チャンネルスペクトルの周波数帯域を外し、それ以外の周波数帯域についてはピークレベルが低減されるように拡散させる。
なお、他車両に搭載されたラジオ受信機への影響を考慮してピークレベルを下げるように制御基本周波数を拡散させた場合においても、他車両のラジオ受信機への影響を完全に抑制することは困難な場合もある。
しかしながら他車両のラジオ受信機は、自車両に搭載されたモータ駆動部2からは距離が離れているため、もともとの制御基本周波数および制御高調波周波数の影響も小さかったと考えられ、他車両のラジオ受信機への影響を考慮してピークレベルを下げるように制御基本周波数を拡散させることは十分な効果を持つ。
たとえばモータ25としては、他の種類のモータ、アクチュエータ等、PWM制御やその他のスイッチングを用いた車載電装機器に適用できる。
またラジオ受信機3としては、ラジオ放送のほかにもテレビ放送や携帯電話等についても適用できる。
さらに、車載電装機器制御装置1と車載電装機器4とを分けて構成したが、車載電装機器4の内部に、車載電装機器制御装置1を組み込むこともできる。
2 モータ駆動部
3 ラジオ受信機 (受信機)
4 車載電装機器
11 受信チャンネル情報検出部
12 制御基本周波数拡散決定部
13 制御基本周波数発生部
21 制御信号発生部
22 駆動部
23 インバータ
24 直流電源
25 モータ
26 センサ
Claims (10)
- 車載電装機器の制御基本周波数の制御を行う車載電装機器制御装置において、
自車両に搭載された受信機が受信している受信チャンネル情報を検出する受信チャンネル情報検出部と、
該受信チャンネル情報検出部によって検出された受信チャンネル情報に応じて、前記車載電装機器の制御基本周波数の拡散を実行すべき、または実行すべきではない、のいずれであるかを判断する制御基本周波数拡散決定部と、
前記車載電装機器の制御基本周波数の制御を行うために、前記制御基本周波数拡散決定部の決定結果に応じた制御基本周波数信号を発生させ、前記車載電装機器に出力する制御基本周波数発生部とを備えることを特徴とする車載電装機器制御装置。 - 前記制御基本周波数拡散決定部は、前記受信チャンネル情報検出部によって検出された受信チャンネル情報に応じて、前記制御基本周波数の拡散方法を決定することを特徴とする請求項1に記載の車載電装機器制御装置。
- 前記制御基本周波数拡散決定部は、前記受信チャンネル情報検出部によって検出された受信チャンネル情報より、前記制御基本周波数の変調波形を決定することを特徴とする請求項1または2に記載の車載電装機器制御装置。
- 前記車載電装機器の制御基本周波数またはその高調波の周波数が、前記受信チャンネル情報検出部によって検出された受信チャンネルの周波数帯域内に存在する場合に、
前記制御基本周波数拡散決定部は、前記受信チャンネルの周波数帯域内において前記制御基本周波数のレベルまたはその高調波の周波数のレベルが低減されるように、前記制御基本周波数を拡散させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載の車載電装機器制御装置。 - 前記制御基本周波数拡散決定部は、前記受信チャンネルの周波数帯域内における前記制御基本周波数のレベルまたはその高調波の周波数のレベルが、前記受信チャンネルの周波数帯域外における前記制御基本周波数のレベルまたはその高調波の周波数のレベルよりも低減されるように、前記制御基本周波数を拡散させることを特徴とする請求項4に記載の車載電装機器制御装置。
- 前記車載電装機器の制御基本周波数またはその高調波の周波数が、前記受信チャンネル情報検出部によって検出された受信チャンネルの周波数帯域内に存在しない場合に、
前記制御基本周波数拡散決定部は、前記制御基本周波数またはその高調波の周波数が前記受信チャンネルの周波数帯域内に入り込まないように、前記制御基本周波数を拡散させてレベルを低減させることを特徴とする請求項1から5のいずれか1に記載の車載電装機器制御装置。 - 前記制御基本周波数拡散決定部は、前記受信チャンネル情報より受信チャンネルの受信電界強度を取得し、該受信電界強度が所定値以下の場合には、前記制御基本周波数の拡散を行わないことを特徴とする請求項1から6のいずれか1に記載の車載電装機器制御装置。
- 前記制御基本周波数拡散決定部は、前記受信チャンネル情報より受信チャンネルの変調方式を取得し、該受信チャンネルの変調方式がFM変調方式である場合には、前記制御基本周波数の拡散を行わないことを特徴とする請求項1から7のいずれか1に記載の車載電装機器制御装置。
- 前記制御基本周波数拡散決定部は、前記受信チャンネル情報に応じた前記基本制御周波数の拡散方法を記憶したマップを有していることを特徴とする請求項1から8のいずれか1に記載の車載電装機器制御装置。
- 車両に搭載された受信機が受信している受信チャンネル情報を検出し、該検出した受信チャンネル情報に応じて、車載電装機器の制御基本周波数の拡散を実行すべき、または実行すべきではない、のいずれであるかを判断し、該決定結果に応じた制御基本周波数信号を発生させて、前記車載電装機器の制御基本周波数を制御することを特徴とする車載電装機器制御方法。
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