JPH0683088B2 - 周期性ノイズの除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、周期性ノイズを含む対象信号から当該周期性
ノイズを除去する装置に係り、詳しくは、当該周期性ノ
イズと周期に関して相関のある参照パルス信号に同期し
て上記周期性ノイズの各位相でのノイズ成分を順次修正
して作り出してゆく同期式適応手段を有し、この同期式
適応手段で作り出されたノイズ成分を上記対象信号から
減じて目的とする信号を得るようにした周期性ノイズの
除去装置に関する。

［従来の技術］ 従来、周期性ノイズを含んだ対象信号から同期式適応フ
イルタを用いて当該周期性ノイズを除去する装置として
例えば第９図に示すようなものが知られている（「計測
自動制御学会論文集」vol.19 1983 no.3 p34〜p40『同
期式適応フィルタ』小畑秀文 参照）。

これは基本的に、周期性ノイズルを含む の当該周期性ノイズと周期に関して相関のある に同期して同期式適応手段１が上記周期性ノイズの各位
相での を順次作り出し、当該同期式適応手段１で作り出された から減じて目的とする を得るようにしている。

ここで、その作動について具体的に説明する。今、対象
信号として例えば第10図に示す （説明を簡単にするため、 に含まれる真の信号は“0"とする）、この に含まれる周期性ノイズの位相ｋについて注目すると、
同期式適応手段１は前の周期で作り出した とフィードバックされる当該前の周期で得られた目的と
する信号 α：修正係数,0＜α＜１ に従って、当該周期での位相ｋのノイズ成分を作り出
す。そして、 に従って目的とする を得るようにしている。

即ち、 と仮定すると、第10図に示すように、 （ノイズ除去がなされていない状態） となり、その後、 のように、同期式適応手段１が順次ノイズ成分を修正
し、それに伴なって目的とする信号が順次修正されてい
く。

上記のように同期式適応手段１が周期性ノイズの他の各
位相でのノイズ成分について同様の処理を行なえば、当
該同期式適応手段１で作り出される に含まれる周期性ノイズに収束してゆき、それに伴なっ
て目的とする に含まれる真の信号に収束してゆく（第10図の例の場合
“0"）。尚、 は周期性ノイズの各位相を規定するために使用されるも
のである。また、上記修正係数αはノイズ成分を作り出
してゆく過程での安定性及び応答性を考慮して０＜α＜
１の範囲で適宜設定される。

一方、例えば自動車のオートマチックトランスミッショ
ンにおいて、出力軸のトルクを検出してその検出情報に
基づいた制御を行ない、当該トランスミッションでの回
転比切換時等における出力軸でのトルク変動を極力少な
くさせるようにすることが考えられている。

例えば第11図に示すように、オートマチックトランスミ
ッション10は、エンジン動力がトルクコンバータ11を介
してトルクが増大されたかたちで入力軸12に伝達され、
この入力軸12の駆動が更に、トランスミッション13で設
定される回転比及び回転方向にて出力軸14に伝達され、
この出力軸の駆動によりプロペラシャフト15が回転する
ようになっている。

このようなオートマチックトランスミッション10におけ
る出力軸14のトルクを検出するものとして磁歪式トルク
センサが一般的に知られている。この磁歪式トルクセン
サ16は第11図に示すように出力軸14に近接して設けら
れ、当該出力軸14を交番磁化すると共に出力軸14にかか
るトルクの変動に伴なった磁界変化を検出するものであ
る。

ところで、上記のように出力軸14のトルクを検出するた
めの磁歪式トルクセンサ16の出力信号は例えば12図
（ａ）に示すようになる。これは、基本的に交番磁化に
対応した交流信号がトルクの大きさに応じてその振幅を
変化させるものとなるが、検出対象となる出力軸14の偏
心、材料むら等に起因して、上記磁歪式トルクセンサ16
の出力は更に当該出力軸14の回転に同期して周期的に変
動する。そして、実際のトルク検出にあたっては、第12
図（ａ）に示すように磁歪式トルクセンサ16からの出力
信号を全波整流すると共にローパスフィルタによって高
周波成分を除去して例えば第12図（ｂ）に示すような波
形になるよう処理し、この に基づいて当該トルクを検出することになる。上記第12
図（ｂ）に示す において、その直流成分が実際のトルクに対応したもの
である。

ここで、上記第12図（ｂ）に示す に着目すると、出力軸14の回転に同期して同様の波形が
繰り返されることになるが、この周期的な変動を除去す
るため、前述したような同期式適応手段を適用すること
が考えられる。

具体的には、例えば第11図に示すように、出力軸14に設
けられている所定歯数のパーキングギア17を利用する。
このパーキングギア17の歯面に対向近接させて電磁誘導
式の回転センサ18を配置し、この回転センサ18からの出
力信号に基づいて前述したような を得る。そして、信号処理装置20内部の同期式適応手段
が 及び磁歪式トルクセンサ16からの検出信号に基づく第12
図（ｂ）に示すような を入力し、目的とする信号を得ようとするものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、直流レベルが真の信号となり、この真の信号
に周期的なノイズ成分が重畳した信号を当該対象信号と
した場合に、従来の同期式適応手段を用いた周期性ノイ
ズの除去装置では、対象信号から真の信号が得られな
い。

それは、同期式適応手段が前述したように、ノイズ成分
の作り出しに寄与する信号として当該ノイズ除去の過程
で得られる目的の を使用し、 に従って、順次ノイズ成分を作り出すことに起因して、
対象信号から本来のノイズ成分と共にその直流成分まで
も除去されてしまうからである。

具体的にみると、 が第13図に示すような場合（第12図（ｂ）に示す波形と
同様）、位相ｋで作り出される に従ってしだいに に近づいてゆき、それに伴なって、 に従って得られる目的とする が“0"レベルに近づいてゆくのである。

そこで、本発明の課題は、基本的に、同期式適応手段を
用いた周期性ノイズ除去装置において、対象信号が直流
レベルとなる真の信号に周期性ノイズが重畳されたもの
であっても、極力周期性ノイズの除去をすると共に真の
直流レベルまで除去されないようにすることである。更
に、対象信号として前述したようなトランスミッション
における出力軸のトルク検出に係る信号を想定した場
合、トランスミッションよる回転比切換時等に発生する
トルク変動に伴なって当該信号は例えば第14図に示すよ
うになる（直流レベルが変動しつつ、その直流レベルに
周期性ノイズが重畳したものとなる）が、本発明は、こ
のような場合にも真の信号が得られるよう考慮するもの
である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、第１図及び第２図に示すように、周期性ノイ
ズを含む の当該周期性ノイズと周期に関して相関のある に同期して上記周期性ノイズの各位相での を順次修正して作り出してゆく同期式適応手段１を有
し、この同期式適応手段１から作り出された から減じて目的とする を得るようにした周期性ノイズの除去装置を前提として
おり、当該周期性ノイズの除去装置において、上記技術
的課題を解決するための手段は、第１の発明についてみ
ると（第１図参照）、 の平均的なレベルを抽出する平均レベル抽出手段２と、
同期式適応手段１により を作り出すに際してその時点で得られている上記目的と
する から当該時点で上記平均レベル抽出手段２により抽出さ
れている を減ずる減算手段３を備え、この減算手段３からの出力
信号を同期式適応手段１における の作り出した寄与する信号とする一方、 の全体的レベルが定常的であるか否かを判別する定常判
別手段４と、この定常判別手段４が定常的でないと判別
したときに上記同期式適応手段１での新たなノイズ成分
の作り出しを禁止する禁止手段５とを備えるようにした
ものである。

また、第２の発明についてみると（第２図参照）、上記
前提とする周期性ノイズの除去装置において、第１の発
明と同様、平均レベル抽出手段２、減算手段３、定常判
別手段４を備え、更に同期式適応手段１では、減算手段
３からの出力信号に所定の修正係数を乗じこれに当該時
点で得らているノイズ成分を加えて新たなノイズ成分を
作り出すようにする一方、定常判別手段４が定常的でな
いと判別したときに上記同期式適応手段１における修正
に用いる修正係数をより小さな値にすることを決定する
修正係数決定手段６を備えるようにしたものである。

［作用］ まず、定常判別手段４が についてその全体的レベルが定常的であると判別した場
合 が第12図（ｂ）のようになる場合）、第１及び第２の発
明ともに以下のような作用となる。

平均レベル抽出手段２は を常時抽出している。そして、前述と同様所定の位相ｋ
について着目すると、同期式適応手段１は減算手段３か
らの出力信号 を入力し、この信号に基づき に従って を作り出す。尚、上式における修正係数α１は第１の発
明については例えば予め定められているものであり、第
２の発明については、修正係数決定手段６が定常判別手
段４での当該判別結果に基づいて決定したものである。

そして、この同期式適応手段１で作り出された から減じて目的とする を得る。即ち、 となる。

上記の処理を他の位相についても順次行なえば、同期式
適応手段１によって作り出される の平均的なレベルを減じたものに収束していくことにな
る。

一方、定常判別手段４が についてその全体的レベルが定常的でないと判別した場
合（例えば第14図に示すように の直流レベルが変動する場合）、平均レベル抽出手段２
にて抽出される と当該抽出時点における の実際の直流レベルとの差が大きくなる。それは、 はその抽出時点以前の の状態に依存するものであるからであり、特に、第14図
のような は当該抽出時点以前での変化が大きいからである。

このように抽出される と実際の直流レベルとの差が大きいと、目的とする に基づいて作り出されるノイズ成分が実際のものからず
れてしまう。

そこで、第１の発明では、定常判別手段４が についてその全体的レベルが定常的でないと判別したと
きに禁止手段５が同期式適応手段１での新たなノイズ成
分の作り出しを禁止する。そして、新たな作り出しが禁
止されている間、その時点で既に作り出されているノイ
ズ成分を から減ずることにより目的とする を得る。

また、第２の発明では、定常判別手段４が上記と同様定
常的でないと判別したときに修正係数決定手段６が当該
判別結果に基づいて修正係数を上記α１から例えば他の
α２に変更する。この修正係数α２はα１より小さな値
となるもので（α１＜α２）、同期式適応手段１でノイ
ズ成分を作り出す際に、作り出される における の影響がより小さなものとなる。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明に係る周期性ノイズの除去装置の一例を
示すブロック図である。この例は、前述したオートマチ
ックトランスミッションにおけるトランスミッション出
力軸のトルク検出に係る装置である。

第３図において、16は磁歪式トルクセンサ、18は当該ト
ルク検出の対象となる出力軸の回転を検出する回転セン
サであり、この磁歪式トルクセンサ16及び回転センサ18
は第11図に示すものと同様に設置されている。20は磁歪
式トルクセンサ16及び回転センサ18からの検出信号に基
づいてトルク検出に直接寄与する信号を作成する信号処
理装置である。

上記信号処理装置20の具体的構成について説明すると、
磁歪式トルクセンサ16からの検出信号（第12図（ａ）に
示すような波形）を増幅する交流増幅回路21、この交流
増幅回路21からの信号を全波整流する全波整流回路22、
更に全波整流回路22からの信号の高周波成分を除去する
ローパスフィルタ23を有する一方、回転センサ18からの
検出信号を波形整形して矩形パルス信号に変換する波形
整形回路24を有している。ここで、上記ローパスフィル
タ23から出力される信号は第12図（ｂ）に示すような波
形となり、波形整形回路24からの矩形パルス信号はトラ
ンスミッションの出力軸が一回転するごとにパーキング
ギアの歯数と同数Ｎの矩形出力となる。また、25は当該
信号処理装置20における主制御回路であり、この主制御
回路20はローパスフィルタ23からの信号を として、また波形整形回路24からの信号を として入力する。具体的には、CPU30、ROM31、RAM32を
有すると共に、 A/D変換回路、D/A変換回路等で構成されるインタフェー
ス回路33を有したものとなっており、全体として同期式
適応手段等の機能を備えている。26は上記ローパスフィ
ルタ23の出力となる から主制御回路25から出力される を減ずる加減算回路であり、この加減算回路26の出力が
目的の として当該信号処理装置20の出力となる。尚、本発明に
係る平均レベル抽出手段、減算手段、定常判別手段、及
び禁止手段または修正係数決定手段は本実施例において
主制御回路25の機能として実現されている。

次に、上記装置の第１の発明に従った場合の作動につい
て第４図に示す主制御回路25の処理フローに基づいて説
明する。

まず、ローパスフィルタ23を介した対象信号の全体的レ
ベルが定常的であり、その波形が となる場合を想定する。このとき、波形整形回路24を介
した のようになっている。そして、主制御回路25（CPU30）
は を割り込み信号としており、 が立ち上がるごとに第４図に示す一連の処理を行なう。
ここで はトランスミッションの出力軸が1/N回転する毎に立ち
上がり、当該信号が立ち上がる各回転位置（位相）が第
４図における添字ｋに対応づけられる。

具体的処理についてみると、当該パルス信号の割り込み
時にサンプリングされる をA/D変換して共通レジスタｄに格納する一方（１−
１）、RAM32から前回同位置（位相）で演算して記憶し
ておいた を共通レジスタｙに読み出すと共に（１−２）、この共
通レジスタｙに格納した をD/A変換して出力する（１−３）。

このように が主制御回路25から出力されると、この は加減算回路26にてその時点での から減じられ、 が当該信号処理装置20から出力される。

更に主制御装置25では、その後、前回同位置（位相）で
の （RAM32に記憶されている）と今回サンプリングした であるか否かを判別する（２−１）。この場合、 の全体的レベルが第５図に示すように定常的であるた
め、前回同位置（位相での と今回サンプリングした とは略等しくなることから、上記差の条件を満すことに
なる。

すると続いて、上記加減算回路26からの出力 と同様のものを得るため、上記各共通レジスタd,yに格
納されている を求める（３−１）。そして、 共通レジスタｙに格納されている 後述するような演算にて求められた に基づき に従って、新たなノイズ成分が演算され、その演算値が
共通レジスタｙに新たに格納されると共に（３−２）、
上記RAM32内の が当該レジスタｙに格納されたノイズ成分に書き換えら
れる（３−３）。

上記のように当該回転位置（位相）で新たに演算された
ノイズ成分によりRAM32の が書き換えられると、、前述したステップ（３−２）の
演算で使用すべき の抽出処理に移行する。

レジスタWaには、上記のように出力軸が1/N回転する毎
に（位相360/N度ごと）サンプリングされる の過去−回転分（一周期分）の和が格納されている。そ
して、当該位置（位相）で がサンプリングされると（１−１）、前回同位置（位
相）でサンプリングしてRAM32に記憶しておいた をレジスタWa内の和値から減ずると共に（４−１）、そ
の減じた値に当該新たにサンプリングした を加えてレジスタWaに格納する（４−２）。これによ
り、レジスタWaは常に過去一周期にサンプリングされた の和が格納された状態を保持する（第７図参照）。その
後、新たにサンプリングした を書き換え（４−３）、上記レジスタWaに格納された和
値を当該一周期のサンプリング数Ｎで除して を算出する（４−４）。即ち、この は対象信号ｄ（ｔ）の過去一周期の平均値となる。

以後、主制御回路25は の立ち上がり毎に、上記と同様、 のサンプリング、ノイズ成分 の新たな作り出し、 の抽出等の処理を繰り返し行なう。そして、その過程
で、上記一連の処理が終了する毎に回転位置（位相）を
示すｋレジスタをインクリメントし、その値がＮに達す
る毎に当該レジスタｋを“0"にリセットする（５−1,5
−2,5−３）。

上記のように、 に基づき、 に従って、新たな を演算するようにしたため、主制御回路25から出力され
る は第５図に示すようにしだいに真のノイズ成分に近づい
てゆき、それに伴なって、加減算回路26の出力、即ち、
目的とする に含まれる真の信号（トルクに対応した直流レベル）に
収束していく（第５図参照）。

一方、上記のような処理の過程で、トランスミッション
の回転比切換等によって当該出力軸にかかるトルクが大
きく変動し、磁歪式トルクセンサ16からの検出信号に基
づくローパスフィルタ23からの信号（対象信号）の全体
的レベルが定常的でなくなり、その波形が例えば となる場合を想定する。

この場合、当該対象信号の直流レベルが変化し、それに
伴なって今回サンプリングされた と前回同位置（位相）でサンプリングされた （RAM32に記憶）との差が となると、主制御回路25の処理はステップ（２−１）か
らステップ（４−１）に移行する。即ち、ステップ（３
−１）乃至（３−３）での の新たな作り出し及びRAM32内の の書き換えが禁止される。そして、サンプリングされる と前回同位置（位相）にてサンプリングされた との上記関係が保持されている間は（第６図における時
刻t1からt2までの間）、ステップ（３−１）乃至（３−
３）の処理が禁止されつづけ、その過程で、主制御回路
25から出力される はRAM32に記憶されて書き換えられることのない当該ノ
イズ成分になる（１−2,1−３）。

ここで、第６図における時刻t1以前で作り出されたノイ
ズ成分（RAM32に既に記憶されているノイズ成分）が第
５図に示すような過程を経て真のノイズ成分に充分収束
したものであるならば、加減算回路26から得られる目的
とする信号（当該信号処理装置20の出力信号）は のように当該トルク変動に追従したものとなる。

尚、上記の過程で、ステップ（４−１）乃至（４−４）
の処理にて得られる のように、対象信号の直流レベルが大きく変動するとこ
ろで、当該直流レベルからずれたものとなる。

上述したように本実施例によれば、トランスミッション
の出力軸にかかるトルクが安定的であるか否かにかかわ
りなく、磁歪式トルクセンサ16からの検出信号に基づく
ローパスフィルタ23からの信号（対象信号）からノイズ
成分が除去された目的とする信号が得られる。従って、
この目的とする信号に基づいてトランスミッションの出
力軸にかかるトルクがほぼ時間遅れなしに検出できるよ
うになる。

第８図は、第２の発明に従った場合の主制御回路25の処
理フローを示すフローチャートである。

この場合、 のサンプリング処理（１−１）、 の出力処理（１−2,1−３）、 の新たな作り出し処理（３−1,3−2,3−３）、 の抽出処理（４−1,4−2,4−3,4−４）、位相合わせの
処理（５−1,5−2,5−３）が第４図に示す場合と同様に
参照パルス信号の立ち上がり毎に行なわれる。

このような一連の処理の過程で、サンプリングした と前回同位置（位相）でサンプリングした との差が となる場合、即ち、 の全体的レベルが定常的である場合には、ステップ（３
−２）で新たなノイズ成分を作り出す際に使用する修正
係数αをα１に設定する（２−1,2−２）。この修正係
数α１は第４図に示した処理で用いた修正係数αと同様
のものであり、ノイズ成分を作り出してゆく過程での安
定性及び応答性を考慮して０＜α＜１の範囲で適宜定め
られものである。

一方、上記一連の処理の過程でサンプリングされる と前回同位置（位相でサンプリングされた との差が となる場合、即ち、 の全体的レベルが例えば第６図に示すように定常的でな
い場合には、当該修正係数αをα２に設定する（２−1,
2−３）。この修正係数α２は上記α１より小さな値
（α１＜α２）に予め定められている。これにより、 の直流レベルが大きく変化して当該直流レベルと抽出さ
れる とが第６図に示すようにずれても、 がノイズ成分の作り出しに寄与する程度が小さくなるの
で、作り出されるノイズ成分は実際のノイズ成分から大
きくはずれることはない。

尚、第８図における修正係数決定処理（２−1,2−2,2−
３）では、サンプリングした と前回サンプリングした との差に基づいて更に修正係数を細分して決定するよう
にしても良い。

以上が第１の発明及び第２の発明に係る各実施例である
が、ここで の平均的レベルを抽出する手段は上記各実施例に示した
ものに限らず、例えば、 に従って新たな を求めるようにした移動平均法を用いても良いし、ま
た、 をアナログ的に処理してその平均レベルを抽出するロー
パスフィルタを用いるようにしても良い。

上記各実施例では、回転体（トランスミッションの出力
軸）に同期した周期性ノイズを除去するものであったた
め、等間隔の参照パルス信号を比較的容易に発生させる
ことができたが、一般的に、周期性ノイズの基本周波数
しか捕獲できない場合や、更に、高周波のパルス信号を
発生させたい場合には、PLL（Phase Locked Loop）の利
用が有効である。

また、同期式適応手段も上記各実施例のようにマイクロ
コンピュータ（主制御回路25）で実現する他、A/D変換
器、D/A変換器、シフトレジスタ等の組み合わせで実現
させることも可能である。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、対象信号と
して、所定の直流レベルに周期性ノイズが重畳したよう
なものを想定しても、同期式適応手段によって作り出さ
れるノイズ成分は、真のノイズ成分に収束してゆくよう
になり、ノイズ除去に際して真の直接レベルまで除去さ
れてしまうということがなくなる。そしてまた、対象信
号の直流レベルが大きく変化する場合は、対象信号から
経じられるべき各位相でのノイズ成分が従前作り出した
値から大きく変化しなくなる。以上の結果、当該対象信
号から周期性ノイズを取り除いたより真の信号に近い信
号を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願第１の発明の構成を示すブロック図、第２
図は本願第２の発明の構成を示すブロック図、第３図は
本発明に係る周期性ノイズの除去装置を実現する装置例
を示すブロック図、第４図は第３図における主制御回路
の処理フローを示すフローチャート、第５図及び第６図
は各信号の波形を示す信号波形図、第７図はレジスタWa
の状態を示す図、第８図は第３図における主制御回路の
他の処理フローを示すフローチャート、第９図は従来の
周期性ノイズの除去装置を示すブロック図、第10図は各
信号の波形を示す信号波形図、第11図はオートマチック
トランスミッションにおける出力軸のトルク検出を行な
う装置の一例を示す図、第12図は磁歪式トルクセンサか
らの出力信号等の波形を示す信号波形図、第13図は従来
の装置でのノイズ除去状態の一例を示す図、第14図は対
象信号の他の一例を示す図である。 １……同期式適応手段 ２……平均レベル抽出手段 ３……減算手段 ４……定常判別手段 ５……禁止手段 ６……係数決定手段 16……磁歪式トルクセンサ 18……回転センサ 25……主制御回路 26……加減算回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周期性ノイズを含む対象信号の当該周期性
   ノイズの周期に関して相関のある参照パルスに同期して
   上記周期性ノイズの各位相でのノイズ成分を順次修正し
   て作り出してゆく同期式適応手段を有し、この同期式適
   応手段で作り出されたノイズ成分を上記対象信号から減
   じて目的とする信号を得るようにした周期性ノイズの除
   去装置において、 対象信号の平均的なレベルを抽出する平均レベル抽出手
   段と、同期式適応手段によりノイズ成分を作り出すに際
   してその時点で得られている上記目的とする信号から当
   該時点で上記平均レベル抽出手段により抽出されている
   対象信号の平均レベルを減ずる減算手段とを備え、この
   減算手段からの出力信号を同期式適応手段におけるノイ
   ズ成分の作り出しに寄与する信号とする一方、対象信号
   の全体的レベルが定常的であるか否かを判別する定常判
   別手段と、この定常判別手段が定常的でないと判別した
   ときに上記同期式適応手段での新たなノイズ成分の作り
   出しを禁止する禁止手段とを備えたことを特徴とする周
   期性ノイズの除去装置。
2. 【請求項２】周期性ノイズを含む対象信号の当該周期性
   ノイズの周期に関して相関のある参照パルスに同期して
   上記周期性ノイズの各位相でのノイズ成分を順次修正し
   て作り出してゆく同期式適応手段を有し、この同期式適
   応手段で作り出されたノイズ成分を上記対象信号から減
   じて目的とする信号を得るようにした周期性ノイズの除
   去装置において、 対象信号の平均的なレベルを抽出する平均レベル抽出手
   段と、同期式適応手段によりノイズ成分を作り出すに際
   してその時点で得られている上記目的とする信号から当
   該時点で上記平均レベル抽出手段により抽出されている
   対象信号の平均レベルを減ずる減算手段とを備え、上記
   同期式適応手段では、この減算手段からの出力信号に所
   定の修正係数を乗じこれに当該時点で得られているノイ
   ズ成分を加えて新たなノイズ成分を作り出すようにする
   一方、対象信号の全体的レベルが定常的であるか否かを
   判別する定常判別手段と、この定常判別手段が定常的で
   ないと判別したときに上記同期式適応手段における修正
   に用いる修正係数をより小さな値にすることを決定する
   修正係数決定手段とを備えたことを特徴とする周期性ノ
   イズの除去装置。