一种变速箱不同挡位扭矩差异的互动体验装置的制作方法

本申请涉及科普展品技术领域，尤其涉及一种变速箱不同挡位扭矩差异的互动体验装置。

背景技术：

科学技术馆（简称科技馆）是以展览教育为主要功能的公益性科普教育机构。主要通过常设和短期展览，以参与、体验、互动性的展品及辅助性展示手段，以激发科学兴趣、启迪科学观念为目的，对公众进行科普教育；也可举办其它科普教育、科技传播和科学文化交流活动。

汽车变速箱是技术今日已经十分成熟，因汽车作为商品的定位，决定了它致力于打造驾驶过程的平顺与稳定，从而为消费者带来舒适的驾乘体验，同时也意味着汽车变速箱不同挡位的扭矩差异，无法被驾驶者直观的感受到。

关于变速箱不同档位扭矩之间的差异，在科普展品的设计中，目前常用的方法是观众在一块多媒体触屏上进行点击浏览并且供浏览的内容大多都以直接陈述的虚拟动画形式出现，但是这样的展示方式互动形式枯燥，不能实际参与，缺乏趣味性，不易吸引观众，这不利于相关知识的科普传播。

技术实现要素：

本申请所要解决的技术问题是提供一种变速箱不同挡位扭矩差异的互动体验装置，其通过积极的对比性人机互动方式，让观众能够直观感受和认识到变速箱不同挡位扭矩差异，提高了知识学习的趣味性，有利于相关知识的科普传播。

为解决上述问题，本申请所述的一种变速箱不同挡位扭矩差异的互动体验装置包括高档位齿轮机构、低档位齿轮机构以及为每个齿轮机构配置的行车坡道、汽车模型和驱动机构；所述汽车模型设在所述行车坡道上并能够在所述驱动机构的带动下沿所述行车坡道行驶；所述高档位齿轮机构和所述低档位齿轮机构均具有供观众操作的手轮，在观众操作所述手轮时与该手轮对应的所述驱动机构按照与其所属档位相对应的速度控制所述汽车模型行驶。

优选的，所述驱动机构包括与所述齿轮机构相连的编码器、与所述编码器相连的中央控制器和直接驱动所述汽车模型行驶的第一同步带；所述编码器用于检测所述齿轮机构中的所述手轮是正转还是反转并将相应的正转信号或反转信号发送至所述中央控制器；所述中央控制器用于根据来自所述编码器的信号控制所述第一同步带带动所述汽车模型向上爬坡或者向下复位。

优选的，所述驱动机构还包括分别设在所述行车坡道坡顶和坡底的上限位传感器和下限位传感器，所述上限位传感器和所述下限位传感器与所述中央控制器相连；所述中央控制器用于根据所述汽车模型对传感器的触发情况和所述手轮的正反转情况控制所述汽车模型行驶状态。

优选的，该装置还包括与所述中央控制器相连的钟铃，所述中央控制器用于在所述汽车模型触发所述上限位传感器时控制所述钟铃发出响声。

优选的，所述行车坡道为固定坡道，其行车方向上设有供支撑杆穿过的开槽，所述支撑杆顶部与所述汽车模型底部连接，底部与所述驱动机构中直接驱动所述汽车模型行驶的第一同步带相连。

本申请与现有技术相比具有以下优点：

本申请中，使复杂的变速箱机构精简化，提供高低两种挡位，分别联动置于相同陡坡的两个汽车模型，采用对比性互动方式，观众可通过转动手轮，直观地感受到转动时力的不同以及汽车模型运动速度的不同，体验到扭矩的变化产生的变速效果。相较现有技术，本申请实现了较为积极的人机互动，有效提高了知识学习的趣味性，使观众乐于多花时间参与到本展品中，有利于相关知识的科普传播。

附图说明

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本申请实施例提供的互动体验装置的俯视图。

图2为本申请实施例提供的互动体验装置的侧视图。

图3为本申请实施例提供的高档位齿轮机构的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的低档位齿轮机构的结构示意图。

图5为本申请实施例提供的行车坡道和汽车模型位置处的结构示意图。

图6为本申请实施例提供的电气控制结构框图。

图7为本申请实施例提供的编码器位置处的结构示意图。

图8为本申请实施例提供的电动机位置处的结构示意图。

图9为本申请实施例提供的控制流程图。

图中：1—高档位齿轮机构，2—低档位齿轮机构，3—行车坡道，4—汽车模型，5—手轮，6—展项保护罩，7—展台，8—图文说明板；9—第一同步带，10—电动机，11—编码器，12—第二同步带，13—中央控制器，14—钟铃；15—同步带轮i，16—同步带轮ii，17—同步带轮iii，18—同步带轮iv；19—上限位传感器，20—下限位传感器，21—支撑杆。

具体实施方式

参考图1和图2，本申请实施例提供了一种变速箱不同挡位扭矩差异的互动体验装置，该装置主要包括高档位齿轮机构1、低档位齿轮机构2以及为每个齿轮机构配置的相同的行车坡道3、汽车模型4和驱动机构。在实际应用中，该装置还包括展台7、图文说明板8和展项保护罩6，为保证美观度，除驱动机构设在展台7底部，其余结构组成均设在展台7的台面上。汽车模型4设在行车坡道3上并能够在驱动机构的带动下沿行车坡道3行驶；高档位齿轮机构1和低档位齿轮机构2均具有供观众操作的手轮5，在观众操作手轮5时与该手轮5对应的驱动机构按照与其所属档位相对应的速度控制汽车模型4行驶。

参考图3和图4，高档位齿轮机构1中手轮5、大齿轮、小齿轮和同步带轮i15依次相连，同步带轮i15与高档位的驱动机构相连；低档位齿轮机构2中手轮5、小齿轮、大齿轮和同步带轮ii16依次相连，同步带轮ii16与低档位的驱动机构相连。

高档位时，大齿轮带动小齿轮，扭矩小，手轮转动较省力，汽车模型运动速度较快；低档位时，小齿轮带动大齿轮，扭矩大，手轮转动较费力，汽车模型运动速度较慢。

高档位、低档位两组操作系统中，控制挡位为唯一变量，手轮、行车坡道3的坡度、汽车模型4为不变量，使观众在操作时，更直观准确的感受到发力大小与汽车爬坡时的不同，加深观众对变速箱扭矩的认识与思考。

参考图5，在本申请中，行车坡道3为固定坡道（即坡道本身固定，汽车模型4相对于坡道运动），其行车方向上设有供支撑杆21穿过的开槽，支撑杆21顶部与汽车模型4底部连接，底部与驱动机构中直接驱动汽车模型4行驶的第一同步带9相连。

参考图6，在上述实施例的基础上，本申请中，驱动机构具体包括与齿轮机构相连的编码器11、与编码器11相连的中央控制器13和直接驱动汽车模型4行驶的第一同步带9。

编码器11用于检测齿轮机构中的手轮5是正转还是反转，并将相应的正转信号或反转信号发送至中央控制器13。参考图6和图7，编码器11与同步带轮iii17相连，同步带轮iii17与齿轮机构中的同步带轮（同步带轮i15/同步带轮ii16）通过第二同步带12相连。

中央控制器13用于根据来自编码器11的信号，判断手轮5是正转还是反转，进而控制第一同步带9带动汽车模型4向上爬坡或者向下复位；其中，手轮5正转对应向上爬坡至坡顶，反转对应向下复位至坡底。参考图6和图8，电动机18上连有同步带轮iv18，同步带轮iv18与第一同步带9相连，中央控制器13通过控制电动机18的正转/反转使第一同步带9正转/反转，进而带动汽车模型4向上爬坡或者向下复位。

参考图5和图6，在上述实施例的基础上，本申请中，驱动机构还包括分别设在行车坡道3坡顶和坡底的上限位传感器19和下限位传感器20，上限位传感器19和下限位传感器20与中央控制器13相连；中央控制器13用于根据汽车模型4对传感器的触发情况和手轮5的正反转情况控制汽车模型4行驶状态。上限位传感器19和下限位传感器20采用光电传感器，当汽车模型4底部的支撑杆21经过时触发并将触发信号传输至中央控制器13。

参考图9，上电初始化汽车模型4回到起始位置，手轮5此时只能正转（反转视为无效）。手轮5正转，汽车模型4向上运动到坡顶并在触发上限位传感器19后停止，手轮5此时只能反转（正转视为无效）。手轮5反转，汽车模型4向下运动到坡底并在触发下限位传感器20后停止，然后初始化汽车模型4回到起始位置，手轮5此时只能正转（反转视为无效）。当整个流程运行到一半无参与者时，该系统进行自动复位操作，汽车模型4返回起始位置。

进一步地，本申请互动体验装置还包括与中央控制器13相连的钟铃14，中央控制器13用于在汽车模型4触发上限位传感器19时控制钟铃14发出响声，以提示汽车模型4已到达坡顶位置，便于当两位观众分别操作高档位齿轮机构1和低档位齿轮机构2进行竞赛时准确提示谁先到达坡顶。

需要特别说明的是，本申请的重点在于将具有特定功能的各设备、组件进行组合，至于各设备的功能实现，比如中央控制器13的实现以及相应的控制技术等，这些均是现有技术中比较成熟的公知技术，即本申请要求保护的技术方案并未涉及方法上的改进。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。