阅读说明：本技术 用于对电输入信号进行消抖的方法和消抖模块 (Method for debouncing an electrical input signal and debouncing module ) 是由 T·奥斯特温德 于 2020-04-10 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种用于对电输入信号(x<Sub>输入</Sub>)进行消抖的方法和消抖模块(10)。该方法包括：首先接收输入信号(x<Sub>输入</Sub>),并确认输入信号(x<Sub>输入</Sub>)的当前值。然后确认输入信号(x<Sub>输入</Sub>)的当前值是高于还是低于至少一个预定义极限值(x<Sub>G</Sub>)。产生具有限定的初始值的消抖状态变量(x<Sub>E</Sub>)。至少基于输入信号(x<Sub>输入</Sub>)的值是高于还是低于至少一个极限值(x<Sub>G</Sub>)来更改消抖状态变量(x<Sub>E</Sub>)的值,其中,消抖状态变量(x<Sub>E</Sub>)的值能够在最小值(W<Sub>最小</Sub>)与最大值(W<Sub>最大</Sub>)之间更改。基于消抖状态变量(x<Sub>E</Sub>)的值是对应于最小值(W<Sub>最小</Sub>)、最大值(W<Sub>最大</Sub>)还是最小值(W<Sub>最小</Sub>)与最大值(W<Sub>最大</Sub>)之间的值,生成输出信号(x<Sub>输出</Sub>)。(The invention proposes a method for aligning an electrical input signal (x) Input device ) A method and jitter cancellation module (10) for performing jitter cancellation. The method comprises the following steps: first receiving an input signal (x) Input device ) And confirms the input signal (x) Input device ) The current value of (a). Then confirms the input signal (x) Input device ) Is above or below at least one predefined limit value (x) G ). Generating an debounce state variable (x) having a defined initial value E ). Based at least on the input signal (x) Input device ) Is above or below at least one limit value (x) G ) To change the debounce state variable (x) E ) Wherein the debounce state variable (x) E ) Can be at a minimum value (W) Minimum size ) And maximum value (W) Maximum of ) To change between. Based on debounce state variable (x) E ) Is a value corresponding to the minimum value (W) Minimum size ) Maximum value (W) Maximum of ) Or is a minimum value (W) Minimum size ) And maximum value (W) Maximum of ) Value in between, generating an output signal (x) Output of )。)

用于对电输入信号进行消抖的方法和消抖模块

技术领域

本发明涉及一种用于对电输入信号进行消抖的方法以及一种消抖模块。

背景技术

一般的电信号和来自传感器的电信号具体地可以描述为包括理想无干扰信号和附加干扰的叠加。

所述干扰通常具有随机分布成分，该随机分布成分例如被描述为加性高斯白噪声。因此，电信号具有叠加在其上的高频干扰。因此，干扰会改变电信号，从而使该电信号不同于理想信号。

在许多不同的情况下，必须确认无干扰电信号是高于还是低于预定义极限值。这通常涉及产生二进制输出信号，该二进制输出信号的值取决于无干扰电信号是高于还是低于预定义极限值。

然而，特别是在紧邻极限值的情况下，上述干扰导致电信号以非常高的频率在高于极限值的范围与低于极限值的范围之间变化，并且因此导致发生跳动。因此，难以判定无干扰信号是高于还是低于极限值或者超过极限值。相应地，在该极限范围内产生的输出信号的值将以高频在两个可能的值之间跳来跳去(该现象也称为“切换”)。

现有技术揭示了这样的方法，其中通过仅当电信号在预定义时段内连续地高于或低于极限值时才通过改变输出信号的值的方式来对电信号进行消抖。然而，这种方法可能会导致较长的延迟，特别是在噪音很重的信号的情况下，因为电信号会反复地超过极限值(即使只是短暂地超过极限值)。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于对电输入信号进行消抖的方法和一种消抖模块，该方法和该消抖模块允许以短延迟时间对甚至噪音很重的电信号进行消抖。

根据本发明，该目的通过一种用于对电输入信号进行消抖的方法来实现，该方法具有以下步骤：

-接收所述输入信号；

-确认所述输入信号的当前值；

-确认所述输入信号的所述当前值是高于还是低于至少一个预定义极限值；

-产生具有限定的初始值的消抖状态变量；

-至少基于所述输入信号的值是高于还是低于所述至少一个极限值来更改所述消抖状态变量的值，其中，所述消抖状态变量的值能够在最小值与最大值之间更改；以及

-基于所述消抖状态变量的值是对应于所述最小值、所述最大值还是所述最小值与所述最大值之间的值来生成输出信号。

根据本发明的方法是基于引入附加变量(即，消抖状态变量)的基本思想，该变量是电输入信号的实际值高于或低于极限值的可能性的度量。

与现有技术相反，因此，不是每次电输入信号超过极限值时都会重置计时器，而是不断地调整消抖状态变量的值。

因此，对于输出信号的值的改变，只要输入信号的当前值处于极限值的一侧的时间在特定时段内整体上足够长就足够了。因此，不再需要输入信号的当前值在特定时段内连续地处于极限值的一侧。

由此减小了短暂(即，高频)波动的影响，并且以较短的延迟对电信号进行消抖。

优选地，基于输入信号的当前值确定消抖状态变量的初始值。更确切地说，如果输入信号的当前值小于极限值，则将初始值设置成等于最小值，并且如果输入信号的当前值大于极限值，则将初始值设置成等于最大值。然而，替代性地，也可以将消抖状态变量的初始值规定为例如最小值或最大值。

举例来说，最小值等于零，并且最大值等于一。然而，当然也可以使用任何其他封闭区间。

特别地，电输入信号是来自传感器的测量信号或者是来自传感器的已进一步处理的测量信号。举例来说，电输入信号是来自扭矩传感器、来自角度位置传感器、来自温度传感器、来自电压传感器、来自电流传感器和/或来自力传感器的信号。输入信号所源自的适用传感器可以是机动车辆的转向系统的一部分。

根据本发明的一种配置，输出信号是二进制信号。因此，输出信号具有两个可能的值，这两个值对应于解释“高于极限值的电输入信号”和“低于极限值的电输入信号”。

优选地，如果所述消抖状态变量的值达到所述最小值或所述最大值，则更改所述输出信号的值。在这种情况下，最小值对应于电输入信号低于极限值的解释，这就是为什么在达到最小值之后接着输出与该状态相对应的输出信号的原因。类似地，最大值对应于电输入信号高于极限值的解释，这就是为什么在达到最大值之后接着输出与该状态相对应的输出信号的原因。

本发明的另一方面规定，只要所述消抖状态变量的值在所述最小值与所述最大值之间，所述输出信号的所述当前值就保持不变。换句话说，仅当消抖状态变量达到其两个极端值中的一个(即，最小值或最大值)时，才更改输出信号。这可靠地防止了输出信号的值以高频变化，尤其是以高频来回跳跃。

根据本发明的另一配置，如果所述输入信号的所确认当前值高于所述至少一个极限值，则所述消抖状态变量的值以预定义的第一梯度增大，并且/或者如果所述输入信号的所确认当前值低于所述至少一个极限值，则所述消抖状态变量的值以预定义的第二梯度减小。第一梯度和第二梯度可以彼此相等或不同。

在此时及下文中，术语“预定义梯度”意味着第一梯度和/或第二梯度至少被规定(即，是恒定的)，或者由信号处理单元基于规定的标准来确认。

优选地，所述第一梯度和/或所述第二梯度是基于所述输入信号的所述当前值高于或低于所述至少一个极限值多少来确认的。因此，给予与极限值相距甚远的输入信号的值更大的权重，并且因此可以更好地指示输入信号在极限值的特定侧上。

更优选地，所述第一梯度和/或所述第二梯度的值的大小越大，所述输入信号的所述当前值距所述至少一个极限值就越远。因此，如果输入信号的当前值与极限值相距更远，则消抖状态变量的值就会更快地更改，其结果是，进一步减小了对输入信号进行消抖时的延迟。

根据本发明的另一配置，所述第一梯度和/或所述第二梯度是基于特征曲线来确认的，其中，所述特征曲线将某一梯度指配给所述输入信号的值。换句话说，消抖状态变量的梯度因此是输入信号的当前值距极限值的距离的函数，优选是单调上升的函数，尤其是严格单调上升的函数。在这种情况下，函数可以是连续的或不连续的。举例来说，特征曲线可以具有阶梯形突变。

本发明的另一方面规定，提供至少一个主第一梯度和至少一个次第一梯度并且还提供高于所述至少一个极限值的至少一个预定正极限值，其中，如果所述输入信号的所确认当前值低于所述至少一个正极限值但高于所述至少一个极限值，则所述消抖状态变量的值以所述主第一梯度增大，并且其中，如果所述输入信号的所确认当前值高于所述至少一个正极限值，则所述消抖状态变量的值以所述次第一梯度增大；并且/或者提供至少一个主第二梯度和至少一个次第二梯度并且还提供低于所述至少一个极限值的至少一个预定负极限值，其中，如果所述输入信号的所确认当前值高于所述至少一个负极限值但低于所述至少一个极限值，则所述消抖状态变量的值以所述主第二梯度减小，并且其中，如果所述输入信号的所确认当前值低于所述至少一个负极限值，则所述消抖状态变量的值以所述次第二梯度减小。

换句话说，至少一个极限值、正极限值和负极限值限定多个区，每个区对应于消抖状态变量的预定义梯度。特别地，梯度在各个区内是恒定的，但是在各个区之间是不同的。

可以提供第二预定义极限值，其中只要所述输入信号的所述当前值在所述两个极限值之间，所述消抖状态变量的值就保持不变。因此，这两个极限值如其所本应地界定一个死区，在该死区内，消抖状态变量的值不会改变。这样，可以以简单的方式实施死区。

特别地，如果所述输入信号的所确认当前值高于所述两个极限值中的较大者，则所述消抖状态变量的值以所述第一梯度增大，并且/或者如果所述输入信号的所确认当前值低于所述两个极限值中的较小者，则所述消抖状态变量的值以所述第二梯度减小。因此，至少一个极限值如其所本应地被死区代替，其中，如果输入信号的当前值高于死区，则消抖状态变量的值增大，而如果输入信号的当前值低于死区，则消抖状态变量的值减小。

根据本发明，该目的还通过一种消抖模块、尤其是控制器来实现，所述消抖模块具有用于接收输入信号的信号输入端、用于输出输出信号的信号输出端、以及信号处理单元，其中，所述信号处理单元被配置成执行如上所述的方法。关于优点和特征，参考上面关于方法的解释，这些解释相应地也适用于消抖模块，反之亦然。

附图说明

本发明的进一步优点和性质从以下说明和附图获得，参考这些附图并且在这些附图中：

-图1示意性地示出了根据本发明的消抖模块的框图；

-图2示出了相对于时间绘制的电输入信号的曲线图；

-图3示出了(a)来自图2的电输入信号的放大细节，以及(b)在不对输入信号进行消抖的情况下所得到的输出信号的曲线图；

-图4示意性地示出了根据本发明的用于对电输入信号进行消抖的方法的流程图；

-图5示出了相对于时间绘制的根据来自图4的发明方法消抖后的输出信号的曲线图；并且

-图6示出了相对于时间绘制的输入信号的曲线图，以展示根据本发明的方法的其他方面。

具体实施方式

图1示出了消抖模块10，该消抖模块具有用于接收电输入信号x_输入(t)的信号输入端12、用于输出电输出信号x_输出(t)的信号输出端14、以及信号处理单元16。

信号处理单元16以连接在信号输入端12的下游的方式布置，并且以信号传递方式连接到信号输入端12。进一步地，信号处理单元16以连接在信号输出端14的上游的方式布置，并且以信号传递方式连接到信号输出端14。

一般而言，信号处理单元16被设计成经由信号输入端12接收电输入信号x_输入，以处理输入信号x_输入并基于输入信号x_输入生成输出信号x_输出。

图2以相对于时间t绘制的方式示出了输入信号x_输入(t)的示例性描绘。输入信号x_输入是包括无干扰信号x_{输入，无干扰}和干扰的叠加，使得输入信号x_输入的值至少会间歇性地与无干扰信号x_{输入，无干扰}的值不同。该干扰可能是随机的，即，可能具有高斯分布。然而，干扰也可能具有确定性成分。

特别地，电输入信号x_输入(t)是来自传感器的测量信号或者是来自传感器的已进一步处理的测量信号。举例来说，电输入信号x_输入(t)是来自扭矩传感器、来自角度位置传感器、来自温度传感器、来自电压传感器、来自电流传感器和/或来自力传感器的信号。

输入信号x_输入所源自的适用传感器可以是机动车辆的转向系统的一部分。

因此，消抖模块10可以是机动车辆的控制器或机动车辆的适用子系统的一部分。

进一步地，输入信号x_输入是模拟信号或数字信号、尤其是二进制信号。

对于许多不同的应用，信号处理单元16需要确认无干扰信号x_{输入，无干扰}的值是高于还是低于预定义极限值x_G。应该指出的是，图2中的输入信号x_输入以极限值x_G为单位表示，这就是为什么极限值x_G为一的原因。

然后，输出信号x_输出是二进制信号，该输出信号由信号处理单元16产生、具有一个或两个可能的不同值，具体取决于无干扰输入信号x_{输入，无干扰}的值是高于还是低于极限值x_G。输出信号x_输出的这两个不同的可能值下文中由E和

表示。

如果输入信号x_输入(如图2所示)具有幅度不可忽略的高频噪声，则难以确定无干扰信号x_{输入，无干扰}的值是高于还是低于极限值x_G。

这在图3(a)和3(b)中再次详细展示。图3(a)示出了图2中的点所包围的范围的放大图，并且图3(b)示出了输出信号x_输出的适用结果值。

对于无干扰输入信号x_{输入，无干扰}，可以获得无干扰输出信号x_{输出，无干扰}，该无干扰输出信号具有从到E的单一阶梯状过渡。

另一方面，对于实际的输入信号x_输入，由于噪声成分，在不进一步处理输入信号x_输入的情况下，将获得波动很大的输出信号x_输出，r。

为了产生稳定的输出信号，输入信号x_输入因此由消抖模块10处理，更确切地说由信号处理单元16进行处理。

一般而言，消抖模块10被设计成对输入信号x_输入进行消抖，并且将输入信号x_输入作为产生输出信号x_输出的基础。因此，输出信号x_输出是具有与消抖后的输入信号x_输入相对应的值E和的二进制信号。

更确切地说，消抖模块10被设计成执行在下文参照图4至图6描述的用于对电输入信号x_输入进行消抖的方法。

首先，经由信号输入端12接收电输入信号x_输入并且将该电输入信号转发到信号处理单元16(步骤S1)。

然后确认输入信号x_输入的当前值(步骤S2)。在此时及下文中，“当前值”应理解为意指可测量的信号参数，例如输入信号x_输入的当前幅度或当前功率。

在步骤S2中，另外将输入信号x_输入的当前值与极限值x_G进行比较。这涉及确认输入信号x_输入的当前值是高于还是低于极限值x_G。

另外，产生具有预定义初始值的消抖状态变量x_E(步骤S3)。预定义初始值在由最小值W_最小和最大值W_最大界定的预定义范围内。特别地，W_最小等于零并且W_最大等于1。然而，当然也可以使用任何其他封闭区间。

基于输入信号x_输入的当前值确定消抖状态变量x_E的初始值。更确切地说，如果输入信号x_输入的当前值小于极限值x_G，则将初始值设置成等于W_最小，并且如果输入信号x_输入的当前值大于极限值x_G，则将初始值设置成等于W_最大。

然而，替代性地，也可以将消抖状态变量x_E的初始值规定为例如零或一。

基于输入信号x_输入的当前值，更改消抖状态变量x_E的值(步骤S4)。更确切地说，如果输入信号x_输入的所确认的当前值高于极限值x_G，则以预定义的第一梯度来增大消抖状态变量x_E的值。类似地，如果输入信号x_输入的所确认的当前值低于极限值x_G，则以预定义的第二梯度来减小消抖状态变量x_E的值。

消抖状态变量x_E始终处于预定义范围内。因此，消抖状态变量不能小于最小值W_最小或大于最大值W_最大。

在此时及下文中，“预定义梯度”意味着第一梯度和/或第二梯度已被规定，即，是恒定的，或者由信号处理单元16基于规定的标准来确认。

在图5中，相对于时间绘制了所得到的消抖状态变量x_E(t)。在这种情况下，第一梯度的值的大小和第二梯度的值的大小相等，并且与输入信号x_输入的当前值高于或低于极限值x_G多少无关。

替代性地，第一梯度和第二梯度(更确切地说是其大小)也可以彼此不同。

另外，第一梯度和/或第二梯度可以取决于输入信号x_输入的当前值距极限值x_G有多远。因此，消抖状态变量的梯度是输入信号x_输入的当前值距极限值x_G的距离的函数，即，

m＝f(x_输入(t)-x_G)，

其中，m表示梯度。换句话说，因此基于特性曲线和/或另一计算代码确定消抖状态变量x_E的梯度，该特性曲线和/或计算曲线由函数f(x_输入(t)-x_G)定义。

优选地，f是在x_输入(t)＝x_G处具有过零点的单调上升函数，以使得随着输入信号x_输入的当前值距极限值x_G越远，梯度的大小就越大。

基于消抖状态变量x_E的值是等于最小值W_最小、等于最大值W_最大还是对应于最小值W_最小与最大值W_最大之间的值来产生输出信号x_输出(步骤S5)。

如图5可见，只要消抖状态变量x_E的值在最小值W_最小与最大值W_最大之间，输出信号x_输出的值就保持不变。

然而，当消抖状态变量x_E达到最大值W_最大时(图5中时间t₁处的情况)，输出信号的值x_输出将改变为E。

类似地，仅当消抖状态变量x_E的值再次达到最小值W_最小时，才将输出信号x_输出的值再次设置成

将图3与图5相比，可以看出，这种方式使得能够以短延迟高效地对输入信号x_输入进行消抖。

图6以相对于时间绘制的方式描绘了输入信号x_输入的另一曲线图，在此基础上，下文描述了两个其他方面，每个方面可以单独地或组合地整合到上述方法中。

与上述方法不同，在这种情况下不提供单一极限值，而是提供第一极限值x_G1和第二极限值x_G2。极限值x_G在第一极限值x_G1与第二极限值x_G2之间。

当输入信号x_输入的当前值在第一极限值x_G1与第二极限值x_G2之间时，消抖状态变量x_E的值保持不变。

换句话说，因此只要输入信号x_输入的当前值在第一极限值x_G1与第二极限值x_G2之间，就将消抖状态变量x_E的梯度设置成零。

因此，第一极限值x_G1和第二极限值x_G2限定一个死区，在该死区内消抖状态变量x_E不会改变。

否则，用于对输入信号x_输入进行消抖的方法类似于上述方法进行，其中，高于第一极限值x_G1时，消抖状态变量x_E的值增大，而低于第二极限值x_G2时，消抖状态变量x_E的值减小。

替代性地或另外地，提供正极限值x_P和负极限值x_N。正极限值x_P大于极限值x_G或大于第一极限值x_G1，而负极限值x_N小于极限值x_G或小于第二极限值x_G2。

下面的文本仅描述图6中描绘的情况，即，具有第一极限值x_G1和第二极限值x_G2的情况。然而，以下解释也适用于单一极限值x_G的情况，不同的是不存在死区。

多个极限值x_P、x_N、x_G1和x_G2限定五个区，每个区对应于消抖状态变量的固定的预定义梯度。

更确切地说，如果输入信号x_输入的当前值在第一极限值x_G1与正极限值之间，则消抖状态变量x_E以恒定的主第一梯度增大。

如果输入信号x_输入的当前值大于正极限值x_P，则消抖状态变量x_E以大于主第一梯度的恒定的次第一梯度增大。

如果输入信号x_输入的当前值在负极限值x_N与第二极限值x_G2之间，则消抖状态变量x_E的当前值以恒定的主第二梯度减小。

如果输入信号x_输入的当前值小于负极限值x_N，则消抖状态变量x_E以恒定的次第二梯度减小，该次第二梯度的大小大于主第二梯度的大小。

换句话说，极限值x_P、x_N、x_G1和x_G2因此限定五个区，在这些区内，消抖状态变量x_E的梯度在各自情况下均是恒定的，然而，如果在区之间发生转变，则梯度会发生变化。

当然，也可以例如通过提供多个正极限值和/或多个负极限值来提供五个以上的区。

优选地，在这种情况下，消抖状态变量x_E的梯度的大小也随着距极限值x_G的距离而增大。