具有长度检测功能的防作弊安全带报警装置的制作方法

本实用新型属于车乘人员安全技术领域，涉及一种具有长度检测功能的防作弊安全带报警装置及其控制方法。

背景技术：

目前，常见的安全带未系提醒装置都是通过检测安全带的插扣是否插入安全带锁扣来判断司机或乘客是否绑上安全带，部分专利通过图像识别的方法对安全带佩戴状况进行识别，前者不能识别出类似于将安全带根部用夹子固定，然后将安全带搭在身上等作弊方法，后者受光照的影响较大并且算法耗时较长、实时性较差。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有长度检测功能的防作弊安全带报警装置，该装置可靠性强，检测准确率高。

为了解决上述技术问题，本实用新型的具有长度检测功能的防作弊安全带报警装置包括串接于主回路中的车速检测模块，乘客检测模块，安全带锁扣状态判别模块，报警模块；其特征在于还包括安全带长度检测模块；所述安全带长度检测模块包括安全带长度传感器、固定电阻和安全带长度检测开关；所述安全带长度传感器包括传感器壳体，位于传感器壳体内的滚珠弹簧、传感器拉绳、传感器转轴、滚珠、螺旋线槽；传感器拉绳的一部分固定在安全带上，另一部分盘踞在传感器转轴上；螺旋线槽由靠近外圆周的螺旋线槽绝缘区和靠近传感器转轴的螺旋线槽导电区组成，滚珠弹簧位于传感器壳体与螺旋线槽之间的轴向间隙内，其一端固定在传感器壳体侧壁上，另一端连接滚珠，滚珠卡在螺旋线槽中；当滚珠位于螺旋线槽导电区时，螺旋线槽、滚珠和滚珠弹簧共同构成一个滑动变阻器，该滑动变阻器与固定电阻一起串接在直流回路中，螺旋线槽靠近传感器转轴的一端作为滑动变阻器正极接在该直流回路电源的正极，滚珠弹簧作为滑动变阻器的负极与固定电阻连接；安全带长度检测开关与安全带锁扣状态判别模块并联接在主回路中，并且其控制端连接在滑动变阻器和固定电阻所在的直流回路中。

安全带长度检测开关采用动断型继电器，其输出部分与安全带锁扣状态判别模块并联接在主回路中，其输入部分串接于滑动变阻器和固定电阻所在的直流回路中。

所述的螺旋线槽的螺旋线采用阿基米德螺旋线。

进一步，本实用新型还包括安全带作弊检测电路；所述安全带作弊检测电路包括车辆加速度信息获取装置、A加速度判断开关、B加速度判断开关、电压比较器、非门、安全带作弊检测开关；所述车辆加速度信息获取装置与A加速度判断开关和B加速度判断开关的控制端连接；A加速度判断开关和B加速度判断开关的一端连接在滑动变阻器与固定电阻的连接处，另一端分别连接到电压比较器的同相输入端和反相输入端；电压比较器的输出通过非门连接到安全带作弊检测开关的控制端；安全带作弊检测开关与安全带锁扣状态判别模块并联接在主回路中。

所述A加速度判断开关采用动合型继电器，其输入部分连接在车辆加速度信息获取装置的电路中，输出部分的一个触点连接在滑动变阻器与固定电阻的连接点，另一触点连接到电压比较器的同相输入端；B加速度判断开关采用动断型继电器，其输入部分连接在车辆加速度信息获取装置的电路中，输出部分的一个触点连接在滑动变阻器与固定电阻的连接点，另一触点连接到电压比较器的反相输入端。

所述安全带锁扣状态判别模块包括安全带锁扣开关和锁扣开关状态判断开关；锁扣开关状态判断开关串接于主回路中，且其控制端与安全带锁扣开关连接。

锁扣开关状态判断开关采用动断继电器开关；锁扣开关状态判断开关的输出部分串接于主回路中，安全带锁扣开关与锁扣开关状态判断开关的输入部分连接。

所述车速检测模块包括车速获取装置和车速检测开关；车速检测开关串接于主回路中，其控制端与车速获取装置连接。

所述乘客检测模块包括压力传感器和乘客检测开关；乘客检测开关串接于主回路中，其控制端与压力传感器连接。

所述报警模块包括GPS和蜂鸣器；GPS和蜂鸣器串接于主回路中。

本实用新型的工作原理：

首先，车辆启动后，车速检测模块中的车速获取装置通过获取车速传感器信号，判断此时车速是否为零。若车速为零，则判定车辆处于未运行状态，重新检测；若车速不为零，则将车速检测开关闭合。

其次，乘客检测模块中的压力传感器检测座椅上的压力并将其转换为电信号，若此时座椅上有乘客，则控制乘客检测开关闭合；若此时座椅上无乘客，则控制乘客检测开关断开，直到车辆重新启动时再次对乘员状态进行判别。

安全带锁扣状态判别模块进行安全带锁扣状态判别，若安全带插入到锁扣中，安全带锁扣开关闭合，锁扣开关状态判断开关断开；若安全带没有插入锁扣，则锁扣开关状态判断开关闭合，电路报警，蜂鸣器开启播报音频提示音，提示乘员“请系好安全带”，持续报警设定时间未插入，向交通管理部门发送GPS信号并报告车辆具体位置。

安全带长度检测模块进行安全带长度检测，若检测到安全带被拉出长度符合最低长度范围，即滚珠沿螺旋线槽滑动至螺旋线槽导电区，滑动变阻器接通，此时安全带长度检测开关关断；若检测到安全带被拉出长度不符合最低长度范围，即滚珠位于螺旋线槽绝缘区，滑动变阻器未接通，此时安全带长度检测开关闭合，电路报警，蜂鸣器开启播报音频提示音，提示乘员“请正确系好安全带”；持续报警设定时间未插入，向交通管理部门发送GPS信号并报告车辆具体位置。

当车辆加速度获取装置检测到车辆的减速度小于设定的临界减速度阈值时，安全带作弊检测电路开始进行作弊状态检测，若检测到驾驶员或者乘客系安全带时采取了作弊的方式，安全带作弊检测开关闭合，电路报警，蜂鸣器开启播报音频提示音，提示乘员“请正确系好安全带”；持续报警T秒未插入时，向交通管理部门发送GPS信号并报告车辆具体位置。

本实用新型的有益效果:

1、本实用新型通过在原有安全带系统中安装安全带长度传感器，将安全带被拉出的长度转换为机械机构的机械运动，这种方式的优点是具有较高的电路运转的可靠性，并且本实用新型与安全带的卷收器有较好的相容性，检测的精确度较高。

2、本实用新型可以准确检测出各种常见的安全带作弊系法，并且主要采用机械设计以及电路设计方式，可靠性强，检测准确率高，具有良好的实用价值。并且本实用新型可以按照系安全带的不同错误方式对驾驶员及乘客进行不同的提醒，一定程度上可以降低乘客及驾驶员的侥幸心理，提高安全带的正确佩戴率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明:

图1为本实用新型的具有长度检测功能的防作弊安全带报警装置的电路示意图。

图2a为安全带长度传感器的立体图；图2b为安全带长度传感器上部的俯视图；图2c为安全带长度传感器下部的仰视图；图2d为安全带长度传感器的局部截面图。

图3a为安全带的第一种安装方式示意图；图3b为安全带的第二种安装方式示意图。

图4为本实用新型的具有长度检测功能的防作弊安全带报警装置的报警控制方法流程图。

附图标记：

1：直流电源；2：车速获取装置；3：车速检测开关；4：压力传感器；5：乘客检测开关；6：GPS；7：蜂鸣器；9:安全带作弊检测开关；10：滑动变阻器；11：A加速度判断开关；12：车辆加速度获取装置；13：安全带；14：安全带锁扣开关；18：锁扣开关状态判断开关；19：滚珠弹簧；20：传感器拉绳；21：传感器转轴；22：滚珠；23：螺旋线槽；24：螺旋线槽绝缘区；25：螺旋线槽导电区；26：传感器壳体；27：传感器上部；28：传感器下部；30：安全带长度检测开关；31：固定电阻；32：电压比较器；33：B加速度判断开关；34：非门；35：直流电源。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1，本实用新型主要由车速检测模块、乘客检测模块、安全带锁扣状态判别模块、安全带长度检测模块、安全带作弊检测电路以及报警模块组成。电路的所有用电设备均由蓄电池1进行供电。

所述的车速检测模块包括车速获取装置2和车速检测开关3；车速检测开关3的连接在主回路中；车速获取装置2与车速检测开关3的控制端连接，根据车速信号控制车速检测开关3的关断与闭合。

所述车速获取装置2通过读取车辆车速传感器的信号进行车速的判断，通过将不同类型的传感器的信号转化为与车速成正比的电压信号，控制车速检测开关3的开闭。所述的车速检测开关3由过电压继电器组成，当电压大于零时(对应车速大于零)，车速检测开关3闭合：否则电压为零时，车速检测开关3断开。

所述乘客检测模块包括压力传感器4和乘客检测开关5；压力传感器4安装在车辆座椅上，其输出连接乘客检测开关5的控制端；乘客检测开关5与车速检测开关3一起串接在主回路中。若车辆座椅上已经安装有压力传感器，则直接通过该压力传感器获取压力信号，控制乘客检测开关5的闭合。若没有安装压力传感器，则需要为车辆对应的座椅加装压力传感器4。

所述安全带锁扣状态判别模块包括安全带13、安全带锁扣开关14、锁扣开关状态判断开关18。优选地，安全带锁扣开关14是车辆安全带原有的安全带锁扣内的接触开关；锁扣开关状态判断开关18采用动断型继电器开关，其输入部分连接到安全带锁扣开关14的原有电路中，输出部分连接在主回路中；当安全带13插入到锁扣中，安全带锁扣开关14闭合，此时锁扣开关状态判断开关18得电并断开；否则锁扣开关状态判断开关18处于闭合状态。

除此之外，锁扣开关状态判断开关18还可以采用其他形式的通过电压控制开闭的开关，例如MOS管开关等。

所述安全带长度检测模块包括安全带长度传感器、安全带长度检测开关30和固定电阻31。

参照图2a～2d，安全带长度传感器包括传感器壳体26和位于其内部的传感器上部27、传感器下部28。传感器壳体26可固定在车辆内部靠近安全带13的任一位置；传感器上部27与传感器下部28通过传感器转轴21进行连接，可在力的作用下同步旋转并回位。

传感器下部28包括传感器拉绳20、传感器转轴21；传感器拉绳20的厚度为0.5毫米，宽度为8毫米、长度为4米，传感器拉绳20的一端与安全带13顶端相连接并且前L₁₄(L₁₄＝L₁+L₄)的长度位于传感器壳体26的外部并且被固定在安全带13上，剩余的长度被盘踞在传感器转轴21上。当乘客系安全带13时，在L₁₄的基础上继续拉出时，传感器拉绳20随着安全带13的继续拉伸而伸长从而带动传感器下部28旋转，进而带动传感器上部27旋转。

传感器上部27包括螺旋线槽23、滚珠22、滚珠弹簧19；螺旋线槽23分为靠近外圆周的螺旋线槽绝缘区24和靠近传感器转轴21的螺旋线槽导电区25；滚珠弹簧19位于传感器壳体26与螺旋线槽23之间的轴向间隙内，其一端固定在传感器壳体26侧壁上，另一端连接滚珠22，滚珠22卡在螺旋线槽23中；当滚珠22位于螺旋线槽导电区25时，螺旋线槽23、滚珠22和滚珠弹簧19共同构成一个滑动变阻器10，该滑动变阻器10与固定电阻31一起串接在一个直流回路中，该直流回路可以采用蓄电池1作为直流电源，也可以采用单独的直流电源；螺旋线槽23靠近传感器转轴21的一端作为滑动变阻器10正极连接到直流电源的正极，滚珠弹簧19作为滑动变阻器10的负极与固定电阻31连接；安全带长度检测开关30采用动断型继电器，其输出部分与安全带锁扣状态判别模块并联接在主回路中，其输入部分串接于滑动变阻器10和固定电阻31所在的直流回路中。

滚珠弹簧19的最大拉伸长度为螺旋线槽23的半径。滚珠22卡在螺旋线槽23中，当传感器下部28受到安全带13的作用顺时针旋转时，传感器上部27也同步地顺时针旋转，此时滚珠22在螺旋线槽23的作用下沿着螺旋线槽绝缘区24向螺旋线槽23中心运动，此时滑动变阻器10处于断开状态，安全带长度检测开关30处于闭合状态。当安全带13被拉出长度达到L₁₂₃(L₁₂₃＝L₁+L₂+L₃)时，滚珠22恰好转入螺旋线槽导电区25，此时滑动变阻器10接通，安全带长度检测开关30受到触发断开。同时，随着安全带13的继续拉出，滑动变阻器10的阻值发生变化。当安全带13被解除时，滚珠22在滚珠弹簧19的拉伸力的作用下带着螺旋线槽23逆时针旋转，安全带长度传感器归位。

螺旋线槽23的螺旋线类别采用阿基米德螺旋线，目的是保证传感器拉绳20顶端的滚珠22在等速率沿着螺旋线中心其本身组成的射线等速运动时，该射线又以等角速度绕中心旋转，保持安全带长度传感器工作时的稳定性。

当安全带13拉伸长度在L₁₄-L₁₂₃范围内时，滚珠22与螺旋线槽绝缘区24接触，滑动变阻器10所在电路断开，安全带长度检测开关30此时闭合。在安全带拉伸长度超过阈值L₁₂₃时，认为安全带13已被拉出正确的长度，此时滚珠22与螺旋线槽导电区25接触，滑动变阻器10所在电路闭合，安全带长度检测开关30此时断开。

参照图3a，L₁₄为安全带在自然状态下的伸出长度，其中L₁₄＝L₁+L₄,参照图3b，L₁₂₃为安全带在无人乘坐时插到卡扣中的自然伸长的最小长度，其中L₁₂₃＝L₁+L₂+L₃，其中L₁₄与L₁₂₃的具体数值以及相应的螺旋线槽导电区与螺旋线槽绝缘区的长度均根据不同的车型经由测量获得并配作。

安全带长度传感器的安装方法，优选地，可根据车辆的具体空间布置情况将安全带长度传感器的主体安装在车内靠近安全带卷轴处。安全带长度传感器的主体尺寸，根据具体车辆结构合理设计，优先满足其功能即可。

所述安全带作弊检测电路包括车辆加速度信息获取装置12、A加速度判断开关11、B加速度判断开关33、电压比较器32、非门34、安全带作弊检测开关9；所述车辆加速度信息获取装置12与A加速度判断开关11和B加速度判断开关33的控制端连接；A加速度判断开关11和B加速度判断开关33的一端连接在滑动变阻器10与固定电阻31的连接处，另一端分别连接到电压比较器32的同相输入端和反相输入端；电压比较器32的输出通过非门34连接到安全带作弊检测开关9的控制端；安全带作弊检测开关9与安全带锁扣状态判别模块并联接在主回路中。

车辆加速度获取装置12可采取不同的方式获取。优选地，车辆已安装加速度传感器并且输出信号为电压时，可直接获取电压值，通过电压值控制A加速度判断开关11和B加速度判断开关33；若车辆已安装加速度传感器并且输出为电荷信号，系统加装电荷电压转换器，通过电压值控制A加速度判断开关11和B加速度判断开关33。

优选地，A加速度判断开关11采用动合型过电压继电器，利用临界减速度阈值对应的临界电压值作为控制过电压继电器开闭临界值。其中临界减速度阈值，由于不同型号的车辆具有不同的安全带结构，车辆的加速度与安全带拉伸长度的对应关系不同，应对具体类型车辆进行试验分析进而确定。

所述B加速度判断开关采用动断型继电器。

安全带检测作弊电路其原理是当乘客系上安全带后，当车辆加速度获取装置12检测到车辆的减速度小于临界减速度阈值时，乘客由于足够的惯性力导致身体前倾，安全带13受力增加并且被拉长，则安全带长度传感器的滚珠22向螺旋线槽导电区25中心滑动，则滑动变阻器10的有效电阻变小；而若安全带被以根部用夹子固定或者系在身后等作弊行为插入锁扣中时，安全带13不受力，此时滑动变阻器10的有效电阻无变化，因此可以通过此方法判断安全带13是否作弊。

将滑动变阻器10与固定电阻31串联，电压比较器32检测的是固定电阻31两端的电压值。A加速度判断开关11闭合之前，电压比较器32已测得固定电阻31两侧的原始电压值V_A，并输入电压比较器32的反相输入端。当车辆加速度获取装置12检测到车辆加速度达到临界减速度阈值时，A加速度判断开关11闭合，B加速度判断开关33断开，由于滑动变阻器10的有效电阻变小，此时输入电压比较器32同相输入端的固定电阻31两侧电压值增加为V_B，则电压比较器32输出高电平，经过非门34后变为低电平。安全带作弊检测开关9为动合型继电器开关，此时不触发。若采取作弊行为，则由于滑动变阻器10的有效电阻不发生变化，固定电阻31两侧电压不发生变化，则电压比较器32输出低电平，经过非门34后变为高电平，此时安全带作弊检测开关9闭合，播报音频提示音2，蜂鸣器提示音为“请正确系好安全带！”。

所述报警模块由GPS6、蜂鸣器7组成，其中蜂鸣器7中含有两种录制好的不同的语音提示，并且蜂鸣器7由计时器控制，优选地，音频提示音1的内容为“请系好安全带”，音频提示音2的内容为“请正确系好安全带”。持续报警T秒未插入时，报警模块向交通管理部门发送GPS6信号并报告车辆具体位置。

参照图4所示的流程图，本实用新型的工作原理如下：

(1)步骤一、车辆状态判别，车辆启动后，车速获取装置2通过获取车速传感器信号，判断此时车速是否为零。若车速为零，此时判定处于未运行状态车辆，此时重新检测；若车速不为零，车速检测开关3闭合，此时进行步骤二。

(2)步骤二、乘客状态检测，分析处理压力传感器4传来的电信号并进行压力判断，若判定座椅上有乘客，此时乘客检测开关5闭合并进行步骤三；若判定此时座椅上无乘客，此时乘客检测开关5断开，直到车辆重新启动时再次对乘员状态进行判别。

(3)步骤三、安全带锁扣状态判别，若安全带13插入到锁扣中，安全带锁扣开关14闭合，此时锁扣开关状态判断开关18断开，进行步骤四；若检测到安全带13没有插入锁扣，锁扣开关状态判断开关18闭合，电路报警，蜂鸣器7开启播报音频提示音1，持续报警T秒未插入，向交通管理部门发送GPS6信号并报告车辆具体位置。

(4)步骤四、安全带长度检测，若检测到安全带13被拉出长度符合最低长度范围，安全带长度检测开关30断开，此时进行步骤五；若检测到安全带13被拉出长度不符合最低长度范围，此时系统认为该车辆使用了安全带作弊锁扣，此时安全带长度检测开关30闭合，电路报警，蜂鸣器7开启播报音频提示音2，持续报警T秒未插入，向交通管理部门发送GPS6信号并报告车辆具体位置。

(5)步骤五、安全带作弊判别，当车辆加速度获取装置12检测到车辆的减速度小于临界减速度阈值时，安全带作弊检测电路开始进行作弊状态检测，若检测到驾驶员或者乘客系安全带时采取了作弊的方式，安全带作弊检测开关9闭合，电路报警，蜂鸣器7开启播报音频提示音2，持续报警T秒未插入时，向交通管理部门发送GPS6信号并报告车辆具体位置。

其中，步骤一、二的先后顺序是为了方便理解的逻辑顺序，在实际电路中并不刻意强调先后顺序。步骤三、四是在步骤一、二都满足并且电路接通后，这两步才有实际意义，并不强调该二者与步骤一、二的先后区别。而步骤五是在车辆减速度达到临界减速度阈值后才起启动，为最后一个步骤。

报警持续时间T可参考不同车型的乘客系好安全带的平均时间确定，因此报警持续时间T由车型决定。超过报警持续时间T还未系安全带，会被判定为主观不想系安全带，系统将进行下一步强制措施。