本實用新型屬于車乘人員安全技術領域，涉及一種具有長度檢測功能的防作弊安全帶報警裝置及其控制方法。

背景技術：

目前，常見的安全帶未系提醒裝置都是通過檢測安全帶的插扣是否插入安全帶鎖扣來判斷司機或乘客是否綁上安全帶，部分專利通過圖像識別的方法對安全帶佩戴狀況進行識別，前者不能識別出類似于將安全帶根部用夾子固定，然后將安全帶搭在身上等作弊方法，后者受光照的影響較大并且算法耗時較長、實時性較差。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種具有長度檢測功能的防作弊安全帶報警裝置，該裝置可靠性強，檢測準確率高。

為了解決上述技術問題，本實用新型的具有長度檢測功能的防作弊安全帶報警裝置包括串接于主回路中的車速檢測模塊，乘客檢測模塊，安全帶鎖扣狀態(tài)判別模塊，報警模塊；其特征在于還包括安全帶長度檢測模塊；所述安全帶長度檢測模塊包括安全帶長度傳感器、固定電阻和安全帶長度檢測開關；所述安全帶長度傳感器包括傳感器殼體，位于傳感器殼體內(nèi)的滾珠彈簧、傳感器拉繩、傳感器轉軸、滾珠、螺旋線槽；傳感器拉繩的一部分固定在安全帶上，另一部分盤踞在傳感器轉軸上；螺旋線槽由靠近外圓周的螺旋線槽絕緣區(qū)和靠近傳感器轉軸的螺旋線槽導電區(qū)組成，滾珠彈簧位于傳感器殼體與螺旋線槽之間的軸向間隙內(nèi)，其一端固定在傳感器殼體側壁上，另一端連接滾珠，滾珠卡在螺旋線槽中；當滾珠位于螺旋線槽導電區(qū)時，螺旋線槽、滾珠和滾珠彈簧共同構成一個滑動變阻器，該滑動變阻器與固定電阻一起串接在直流回路中，螺旋線槽靠近傳感器轉軸的一端作為滑動變阻器正極接在該直流回路電源的正極，滾珠彈簧作為滑動變阻器的負極與固定電阻連接；安全帶長度檢測開關與安全帶鎖扣狀態(tài)判別模塊并聯(lián)接在主回路中，并且其控制端連接在滑動變阻器和固定電阻所在的直流回路中。

安全帶長度檢測開關采用動斷型繼電器，其輸出部分與安全帶鎖扣狀態(tài)判別模塊并聯(lián)接在主回路中，其輸入部分串接于滑動變阻器和固定電阻所在的直流回路中。

所述的螺旋線槽的螺旋線采用阿基米德螺旋線。

進一步，本實用新型還包括安全帶作弊檢測電路；所述安全帶作弊檢測電路包括車輛加速度信息獲取裝置、A加速度判斷開關、B加速度判斷開關、電壓比較器、非門、安全帶作弊檢測開關；所述車輛加速度信息獲取裝置與A加速度判斷開關和B加速度判斷開關的控制端連接；A加速度判斷開關和B加速度判斷開關的一端連接在滑動變阻器與固定電阻的連接處，另一端分別連接到電壓比較器的同相輸入端和反相輸入端；電壓比較器的輸出通過非門連接到安全帶作弊檢測開關的控制端；安全帶作弊檢測開關與安全帶鎖扣狀態(tài)判別模塊并聯(lián)接在主回路中。

所述A加速度判斷開關采用動合型繼電器，其輸入部分連接在車輛加速度信息獲取裝置的電路中，輸出部分的一個觸點連接在滑動變阻器與固定電阻的連接點，另一觸點連接到電壓比較器的同相輸入端；B加速度判斷開關采用動斷型繼電器，其輸入部分連接在車輛加速度信息獲取裝置的電路中，輸出部分的一個觸點連接在滑動變阻器與固定電阻的連接點，另一觸點連接到電壓比較器的反相輸入端。

所述安全帶鎖扣狀態(tài)判別模塊包括安全帶鎖扣開關和鎖扣開關狀態(tài)判斷開關；鎖扣開關狀態(tài)判斷開關串接于主回路中，且其控制端與安全帶鎖扣開關連接。

鎖扣開關狀態(tài)判斷開關采用動斷繼電器開關；鎖扣開關狀態(tài)判斷開關的輸出部分串接于主回路中，安全帶鎖扣開關與鎖扣開關狀態(tài)判斷開關的輸入部分連接。

所述車速檢測模塊包括車速獲取裝置和車速檢測開關；車速檢測開關串接于主回路中，其控制端與車速獲取裝置連接。

所述乘客檢測模塊包括壓力傳感器和乘客檢測開關；乘客檢測開關串接于主回路中，其控制端與壓力傳感器連接。

所述報警模塊包括GPS和蜂鳴器；GPS和蜂鳴器串接于主回路中。

本實用新型的工作原理：

首先，車輛啟動后，車速檢測模塊中的車速獲取裝置通過獲取車速傳感器信號，判斷此時車速是否為零。若車速為零，則判定車輛處于未運行狀態(tài)，重新檢測；若車速不為零，則將車速檢測開關閉合。

其次，乘客檢測模塊中的壓力傳感器檢測座椅上的壓力并將其轉換為電信號，若此時座椅上有乘客，則控制乘客檢測開關閉合；若此時座椅上無乘客，則控制乘客檢測開關斷開，直到車輛重新啟動時再次對乘員狀態(tài)進行判別。

安全帶鎖扣狀態(tài)判別模塊進行安全帶鎖扣狀態(tài)判別，若安全帶插入到鎖扣中，安全帶鎖扣開關閉合，鎖扣開關狀態(tài)判斷開關斷開；若安全帶沒有插入鎖扣，則鎖扣開關狀態(tài)判斷開關閉合，電路報警，蜂鳴器開啟播報音頻提示音，提示乘員“請系好安全帶”，持續(xù)報警設定時間未插入，向交通管理部門發(fā)送GPS信號并報告車輛具體位置。

安全帶長度檢測模塊進行安全帶長度檢測，若檢測到安全帶被拉出長度符合最低長度范圍，即滾珠沿螺旋線槽滑動至螺旋線槽導電區(qū)，滑動變阻器接通，此時安全帶長度檢測開關關斷；若檢測到安全帶被拉出長度不符合最低長度范圍，即滾珠位于螺旋線槽絕緣區(qū)，滑動變阻器未接通，此時安全帶長度檢測開關閉合，電路報警，蜂鳴器開啟播報音頻提示音，提示乘員“請正確系好安全帶”；持續(xù)報警設定時間未插入，向交通管理部門發(fā)送GPS信號并報告車輛具體位置。

當車輛加速度獲取裝置檢測到車輛的減速度小于設定的臨界減速度閾值時，安全帶作弊檢測電路開始進行作弊狀態(tài)檢測，若檢測到駕駛員或者乘客系安全帶時采取了作弊的方式，安全帶作弊檢測開關閉合，電路報警，蜂鳴器開啟播報音頻提示音，提示乘員“請正確系好安全帶”；持續(xù)報警T秒未插入時，向交通管理部門發(fā)送GPS信號并報告車輛具體位置。

本實用新型的有益效果:

1、本實用新型通過在原有安全帶系統(tǒng)中安裝安全帶長度傳感器，將安全帶被拉出的長度轉換為機械機構的機械運動，這種方式的優(yōu)點是具有較高的電路運轉的可靠性，并且本實用新型與安全帶的卷收器有較好的相容性，檢測的精確度較高。

2、本實用新型可以準確檢測出各種常見的安全帶作弊系法，并且主要采用機械設計以及電路設計方式，可靠性強，檢測準確率高，具有良好的實用價值。并且本實用新型可以按照系安全帶的不同錯誤方式對駕駛員及乘客進行不同的提醒，一定程度上可以降低乘客及駕駛員的僥幸心理，提高安全帶的正確佩戴率。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明:

圖1為本實用新型的具有長度檢測功能的防作弊安全帶報警裝置的電路示意圖。

圖2a為安全帶長度傳感器的立體圖；圖2b為安全帶長度傳感器上部的俯視圖；圖2c為安全帶長度傳感器下部的仰視圖；圖2d為安全帶長度傳感器的局部截面圖。

圖3a為安全帶的第一種安裝方式示意圖；圖3b為安全帶的第二種安裝方式示意圖。

圖4為本實用新型的具有長度檢測功能的防作弊安全帶報警裝置的報警控制方法流程圖。

附圖標記：

1：直流電源；2：車速獲取裝置；3：車速檢測開關；4：壓力傳感器；5：乘客檢測開關；6：GPS；7：蜂鳴器；9:安全帶作弊檢測開關；10：滑動變阻器；11：A加速度判斷開關；12：車輛加速度獲取裝置；13：安全帶；14：安全帶鎖扣開關；18：鎖扣開關狀態(tài)判斷開關；19：滾珠彈簧；20：傳感器拉繩；21：傳感器轉軸；22：滾珠；23：螺旋線槽；24：螺旋線槽絕緣區(qū)；25：螺旋線槽導電區(qū)；26：傳感器殼體；27：傳感器上部；28：傳感器下部；30：安全帶長度檢測開關；31：固定電阻；32：電壓比較器；33：B加速度判斷開關；34：非門；35：直流電源。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

參照圖1，本實用新型主要由車速檢測模塊、乘客檢測模塊、安全帶鎖扣狀態(tài)判別模塊、安全帶長度檢測模塊、安全帶作弊檢測電路以及報警模塊組成。電路的所有用電設備均由蓄電池1進行供電。

所述的車速檢測模塊包括車速獲取裝置2和車速檢測開關3；車速檢測開關3的連接在主回路中；車速獲取裝置2與車速檢測開關3的控制端連接，根據(jù)車速信號控制車速檢測開關3的關斷與閉合。

所述車速獲取裝置2通過讀取車輛車速傳感器的信號進行車速的判斷，通過將不同類型的傳感器的信號轉化為與車速成正比的電壓信號，控制車速檢測開關3的開閉。所述的車速檢測開關3由過電壓繼電器組成，當電壓大于零時(對應車速大于零)，車速檢測開關3閉合：否則電壓為零時，車速檢測開關3斷開。

所述乘客檢測模塊包括壓力傳感器4和乘客檢測開關5；壓力傳感器4安裝在車輛座椅上，其輸出連接乘客檢測開關5的控制端；乘客檢測開關5與車速檢測開關3一起串接在主回路中。若車輛座椅上已經(jīng)安裝有壓力傳感器，則直接通過該壓力傳感器獲取壓力信號，控制乘客檢測開關5的閉合。若沒有安裝壓力傳感器，則需要為車輛對應的座椅加裝壓力傳感器4。

所述安全帶鎖扣狀態(tài)判別模塊包括安全帶13、安全帶鎖扣開關14、鎖扣開關狀態(tài)判斷開關18。優(yōu)選地，安全帶鎖扣開關14是車輛安全帶原有的安全帶鎖扣內(nèi)的接觸開關；鎖扣開關狀態(tài)判斷開關18采用動斷型繼電器開關，其輸入部分連接到安全帶鎖扣開關14的原有電路中，輸出部分連接在主回路中；當安全帶13插入到鎖扣中，安全帶鎖扣開關14閉合，此時鎖扣開關狀態(tài)判斷開關18得電并斷開；否則鎖扣開關狀態(tài)判斷開關18處于閉合狀態(tài)。

除此之外，鎖扣開關狀態(tài)判斷開關18還可以采用其他形式的通過電壓控制開閉的開關，例如MOS管開關等。

所述安全帶長度檢測模塊包括安全帶長度傳感器、安全帶長度檢測開關30和固定電阻31。

參照圖2a～2d，安全帶長度傳感器包括傳感器殼體26和位于其內(nèi)部的傳感器上部27、傳感器下部28。傳感器殼體26可固定在車輛內(nèi)部靠近安全帶13的任一位置；傳感器上部27與傳感器下部28通過傳感器轉軸21進行連接，可在力的作用下同步旋轉并回位。

傳感器下部28包括傳感器拉繩20、傳感器轉軸21；傳感器拉繩20的厚度為0.5毫米，寬度為8毫米、長度為4米，傳感器拉繩20的一端與安全帶13頂端相連接并且前L₁₄(L₁₄＝L₁+L₄)的長度位于傳感器殼體26的外部并且被固定在安全帶13上，剩余的長度被盤踞在傳感器轉軸21上。當乘客系安全帶13時，在L₁₄的基礎上繼續(xù)拉出時，傳感器拉繩20隨著安全帶13的繼續(xù)拉伸而伸長從而帶動傳感器下部28旋轉，進而帶動傳感器上部27旋轉。

傳感器上部27包括螺旋線槽23、滾珠22、滾珠彈簧19；螺旋線槽23分為靠近外圓周的螺旋線槽絕緣區(qū)24和靠近傳感器轉軸21的螺旋線槽導電區(qū)25；滾珠彈簧19位于傳感器殼體26與螺旋線槽23之間的軸向間隙內(nèi)，其一端固定在傳感器殼體26側壁上，另一端連接滾珠22，滾珠22卡在螺旋線槽23中；當滾珠22位于螺旋線槽導電區(qū)25時，螺旋線槽23、滾珠22和滾珠彈簧19共同構成一個滑動變阻器10，該滑動變阻器10與固定電阻31一起串接在一個直流回路中，該直流回路可以采用蓄電池1作為直流電源，也可以采用單獨的直流電源；螺旋線槽23靠近傳感器轉軸21的一端作為滑動變阻器10正極連接到直流電源的正極，滾珠彈簧19作為滑動變阻器10的負極與固定電阻31連接；安全帶長度檢測開關30采用動斷型繼電器，其輸出部分與安全帶鎖扣狀態(tài)判別模塊并聯(lián)接在主回路中，其輸入部分串接于滑動變阻器10和固定電阻31所在的直流回路中。

滾珠彈簧19的最大拉伸長度為螺旋線槽23的半徑。滾珠22卡在螺旋線槽23中，當傳感器下部28受到安全帶13的作用順時針旋轉時，傳感器上部27也同步地順時針旋轉，此時滾珠22在螺旋線槽23的作用下沿著螺旋線槽絕緣區(qū)24向螺旋線槽23中心運動，此時滑動變阻器10處于斷開狀態(tài)，安全帶長度檢測開關30處于閉合狀態(tài)。當安全帶13被拉出長度達到L₁₂₃(L₁₂₃＝L₁+L₂+L₃)時，滾珠22恰好轉入螺旋線槽導電區(qū)25，此時滑動變阻器10接通，安全帶長度檢測開關30受到觸發(fā)斷開。同時，隨著安全帶13的繼續(xù)拉出，滑動變阻器10的阻值發(fā)生變化。當安全帶13被解除時，滾珠22在滾珠彈簧19的拉伸力的作用下帶著螺旋線槽23逆時針旋轉，安全帶長度傳感器歸位。

螺旋線槽23的螺旋線類別采用阿基米德螺旋線，目的是保證傳感器拉繩20頂端的滾珠22在等速率沿著螺旋線中心其本身組成的射線等速運動時，該射線又以等角速度繞中心旋轉，保持安全帶長度傳感器工作時的穩(wěn)定性。

當安全帶13拉伸長度在L₁₄-L₁₂₃范圍內(nèi)時，滾珠22與螺旋線槽絕緣區(qū)24接觸，滑動變阻器10所在電路斷開，安全帶長度檢測開關30此時閉合。在安全帶拉伸長度超過閾值L₁₂₃時，認為安全帶13已被拉出正確的長度，此時滾珠22與螺旋線槽導電區(qū)25接觸，滑動變阻器10所在電路閉合，安全帶長度檢測開關30此時斷開。

參照圖3a，L₁₄為安全帶在自然狀態(tài)下的伸出長度，其中L₁₄＝L₁+L₄,參照圖3b，L₁₂₃為安全帶在無人乘坐時插到卡扣中的自然伸長的最小長度，其中L₁₂₃＝L₁+L₂+L₃，其中L₁₄與L₁₂₃的具體數(shù)值以及相應的螺旋線槽導電區(qū)與螺旋線槽絕緣區(qū)的長度均根據(jù)不同的車型經(jīng)由測量獲得并配作。

安全帶長度傳感器的安裝方法，優(yōu)選地，可根據(jù)車輛的具體空間布置情況將安全帶長度傳感器的主體安裝在車內(nèi)靠近安全帶卷軸處。安全帶長度傳感器的主體尺寸，根據(jù)具體車輛結構合理設計，優(yōu)先滿足其功能即可。

所述安全帶作弊檢測電路包括車輛加速度信息獲取裝置12、A加速度判斷開關11、B加速度判斷開關33、電壓比較器32、非門34、安全帶作弊檢測開關9；所述車輛加速度信息獲取裝置12與A加速度判斷開關11和B加速度判斷開關33的控制端連接；A加速度判斷開關11和B加速度判斷開關33的一端連接在滑動變阻器10與固定電阻31的連接處，另一端分別連接到電壓比較器32的同相輸入端和反相輸入端；電壓比較器32的輸出通過非門34連接到安全帶作弊檢測開關9的控制端；安全帶作弊檢測開關9與安全帶鎖扣狀態(tài)判別模塊并聯(lián)接在主回路中。

車輛加速度獲取裝置12可采取不同的方式獲取。優(yōu)選地，車輛已安裝加速度傳感器并且輸出信號為電壓時，可直接獲取電壓值，通過電壓值控制A加速度判斷開關11和B加速度判斷開關33；若車輛已安裝加速度傳感器并且輸出為電荷信號，系統(tǒng)加裝電荷電壓轉換器，通過電壓值控制A加速度判斷開關11和B加速度判斷開關33。

優(yōu)選地，A加速度判斷開關11采用動合型過電壓繼電器，利用臨界減速度閾值對應的臨界電壓值作為控制過電壓繼電器開閉臨界值。其中臨界減速度閾值，由于不同型號的車輛具有不同的安全帶結構，車輛的加速度與安全帶拉伸長度的對應關系不同，應對具體類型車輛進行試驗分析進而確定。

所述B加速度判斷開關采用動斷型繼電器。

安全帶檢測作弊電路其原理是當乘客系上安全帶后，當車輛加速度獲取裝置12檢測到車輛的減速度小于臨界減速度閾值時，乘客由于足夠的慣性力導致身體前傾，安全帶13受力增加并且被拉長，則安全帶長度傳感器的滾珠22向螺旋線槽導電區(qū)25中心滑動，則滑動變阻器10的有效電阻變小；而若安全帶被以根部用夾子固定或者系在身后等作弊行為插入鎖扣中時，安全帶13不受力，此時滑動變阻器10的有效電阻無變化，因此可以通過此方法判斷安全帶13是否作弊。

將滑動變阻器10與固定電阻31串聯(lián)，電壓比較器32檢測的是固定電阻31兩端的電壓值。A加速度判斷開關11閉合之前，電壓比較器32已測得固定電阻31兩側的原始電壓值V_A，并輸入電壓比較器32的反相輸入端。當車輛加速度獲取裝置12檢測到車輛加速度達到臨界減速度閾值時，A加速度判斷開關11閉合，B加速度判斷開關33斷開，由于滑動變阻器10的有效電阻變小，此時輸入電壓比較器32同相輸入端的固定電阻31兩側電壓值增加為V_B，則電壓比較器32輸出高電平，經(jīng)過非門34后變?yōu)榈碗娖?。安全帶作弊檢測開關9為動合型繼電器開關，此時不觸發(fā)。若采取作弊行為，則由于滑動變阻器10的有效電阻不發(fā)生變化，固定電阻31兩側電壓不發(fā)生變化，則電壓比較器32輸出低電平，經(jīng)過非門34后變?yōu)楦唠娖?，此時安全帶作弊檢測開關9閉合，播報音頻提示音2，蜂鳴器提示音為“請正確系好安全帶！”。

所述報警模塊由GPS6、蜂鳴器7組成，其中蜂鳴器7中含有兩種錄制好的不同的語音提示，并且蜂鳴器7由計時器控制，優(yōu)選地，音頻提示音1的內(nèi)容為“請系好安全帶”，音頻提示音2的內(nèi)容為“請正確系好安全帶”。持續(xù)報警T秒未插入時，報警模塊向交通管理部門發(fā)送GPS6信號并報告車輛具體位置。

參照圖4所示的流程圖，本實用新型的工作原理如下：

(1)步驟一、車輛狀態(tài)判別，車輛啟動后，車速獲取裝置2通過獲取車速傳感器信號，判斷此時車速是否為零。若車速為零，此時判定處于未運行狀態(tài)車輛，此時重新檢測；若車速不為零，車速檢測開關3閉合，此時進行步驟二。

(2)步驟二、乘客狀態(tài)檢測，分析處理壓力傳感器4傳來的電信號并進行壓力判斷，若判定座椅上有乘客，此時乘客檢測開關5閉合并進行步驟三；若判定此時座椅上無乘客，此時乘客檢測開關5斷開，直到車輛重新啟動時再次對乘員狀態(tài)進行判別。

(3)步驟三、安全帶鎖扣狀態(tài)判別，若安全帶13插入到鎖扣中，安全帶鎖扣開關14閉合，此時鎖扣開關狀態(tài)判斷開關18斷開，進行步驟四；若檢測到安全帶13沒有插入鎖扣，鎖扣開關狀態(tài)判斷開關18閉合，電路報警，蜂鳴器7開啟播報音頻提示音1，持續(xù)報警T秒未插入，向交通管理部門發(fā)送GPS6信號并報告車輛具體位置。

(4)步驟四、安全帶長度檢測，若檢測到安全帶13被拉出長度符合最低長度范圍，安全帶長度檢測開關30斷開，此時進行步驟五；若檢測到安全帶13被拉出長度不符合最低長度范圍，此時系統(tǒng)認為該車輛使用了安全帶作弊鎖扣，此時安全帶長度檢測開關30閉合，電路報警，蜂鳴器7開啟播報音頻提示音2，持續(xù)報警T秒未插入，向交通管理部門發(fā)送GPS6信號并報告車輛具體位置。

(5)步驟五、安全帶作弊判別，當車輛加速度獲取裝置12檢測到車輛的減速度小于臨界減速度閾值時，安全帶作弊檢測電路開始進行作弊狀態(tài)檢測，若檢測到駕駛員或者乘客系安全帶時采取了作弊的方式，安全帶作弊檢測開關9閉合，電路報警，蜂鳴器7開啟播報音頻提示音2，持續(xù)報警T秒未插入時，向交通管理部門發(fā)送GPS6信號并報告車輛具體位置。

其中，步驟一、二的先后順序是為了方便理解的邏輯順序，在實際電路中并不刻意強調(diào)先后順序。步驟三、四是在步驟一、二都滿足并且電路接通后，這兩步才有實際意義，并不強調(diào)該二者與步驟一、二的先后區(qū)別。而步驟五是在車輛減速度達到臨界減速度閾值后才起啟動，為最后一個步驟。

報警持續(xù)時間T可參考不同車型的乘客系好安全帶的平均時間確定，因此報警持續(xù)時間T由車型決定。超過報警持續(xù)時間T還未系安全帶，會被判定為主觀不想系安全帶，系統(tǒng)將進行下一步強制措施。