109 高普考高考三級 汽車工程 汽車電機學 考古題詳解

核心觀念

CAN（Controller Area Network）使用兩條差動訊號線傳送資料：CAN_H 與 CAN_L。接收端判讀兩線之間的電壓差，而非單獨依靠某一條線對地的電壓，因此能抑制兩線同時受到的共模干擾。實際抗干擾能力也仰賴雙絞線、正確的匯流排拓樸與終端電阻配置。

解題方法

本題分別從「訊號如何降低干擾」及「終端電阻如何維持訊號完整」作答。須區分差動傳輸的抗共模干擾作用，與終端電阻吸收傳輸線反射的作用；兩者都是維持 CAN 通訊可靠度的重要設計。

（一）CAN BUS 如何防止訊號受干擾？

CAN 採用差動傳輸。發送端以 CAN_H 與 CAN_L 傳送相反方向變化的訊號，接收端依兩線的電壓差判斷顯性位元與隱性位元。若電磁干擾同時耦合到兩條線，兩線電壓會近似同幅度變化，接收端相減後，共同增加的干擾大致抵銷，這稱為共模干擾抑制。

此外，CAN_H 與 CAN_L 通常以雙絞線成對佈線，使外界磁場在相鄰線段感應的干擾趨於相同，也能減少線路形成的電磁輻射及外界干擾影響。CAN 的錯誤偵測機制（如 CRC、位元監控、位元填充檢查與訊框格式檢查）可偵測傳輸錯誤，並由錯誤訊框等機制協助避免錯誤資料被當成正確訊息使用；但錯誤偵測不等於消除干擾。

核心觀念

戴維寧定理指出，從負載兩端看入的線性電路，可等效為一個戴維寧電壓 $V_{\mathrm{Th}}$ 串聯戴維寧電阻 $R_{\mathrm{Th}}$，再接上負載。

• $V_{\mathrm{Th}}$：移除負載後，負載兩端的開路電壓。
• $R_{\mathrm{Th}}$：移除負載，並將獨立電壓源短路後，從負載端看入的等效電阻。

以下以圖示電源上端為正端計算。

解題方法

令 $2.5\ \mathrm{k\Omega}$ 電阻的上端為負載上端，下端為負載下端。先將該電阻移除，求其餘電路的戴維寧等效。

（一）求戴維寧等效電路

移除 $2.5\ \mathrm{k\Omega}$ 負載後，兩個 $4\ \mathrm{k\Omega}$ 電阻都接在中間節點與下端節點之間，因此並聯：

此支路再與 $3\ \mathrm{k\Omega}$ 串聯，從上端節點到下端節點的等效電阻為：

它與電源上方的 $5\ \mathrm{k\Omega}$ 串聯，形成分壓器。因此開路電壓為：

求 $R_{\mathrm{Th}}$ 時，將理想 $10\ \mathrm{V}$ 電壓源短路。從負載端看入，一條路徑為 $5\ \mathrm{k\Omega}$；另一條路徑為 $3\ \mathrm{k\Omega}$ 串聯兩個並聯的 $4\ \mathrm{k\Omega}$ 電阻：

核心觀念

本題為名詞解釋，重點在辨明車輛電子控制系統、車載診斷、電路故障、蓄電池電量狀態，以及怠速熄火系統的功能。作答時宜交代「名詞定義、作用與基本運作方式」。

解題方法

依各名詞所屬領域作答：車輛控制架構、故障診斷、電路診斷、電池管理及節能控制。避免只寫英文全名，應進一步說明其在汽車上的用途。

各名詞說明

（一）X-by-Wire

「X-by-Wire」是以電子訊號取代傳統機械或液壓連結的車輛控制技術；其中 $X$ 代表被電子化控制的功能，例如油門、轉向或煞車。駕駛者的操作由感測器轉換成電訊號，控制器依據訊號計算，再驅動致動器完成動作。

例如電子油門以踏板位置感測器送出訊號，由引擎控制器控制節氣門致動器。此技術有助於整合車輛控制、減少機械連桿，也要求具備適當的故障偵測與安全備援設計。

（二）OBD

OBD（On-Board Diagnostics，車載診斷系統）是車輛內建的自我監測與故障診斷功能。控制器監測引擎、排放控制及相關感測器與致動器的運作；偵測到異常時，可儲存故障診斷碼（DTC），並在需要時點亮故障指示燈，供維修人員讀取故障資訊。

OBD 的核心用途是協助辨識故障，尤其是與排放控制相關的異常；故障碼指出診斷線索，不必然代表該碼所列零件本身就是故障根源。

（三）Short to Voltage

Short to Voltage（短路至電源）是電路導線或訊號線因絕緣破損、接觸不良等原因，意外與電源電壓相連，使電路電位高於正常值的故障。以感測器訊號線為例，若訊號線短接至 $5\text{ V}$ 或蓄電池電壓，控制器讀到的訊號可能持續偏高，進而設定故障碼或採取保護控制。

診斷時可依電路圖檢查電源、接地與訊號端電壓，並隔離感測器及線束，確認異常是來自元件還是線路。

（四）State-of-Charge of a Battery

核心觀念

本題考查負溫度係數熱敏電阻（NTC）與分壓電路。溫度升高時，NTC 電阻值降低；若以固定電阻與感測器串聯，並從感測器兩端取出輸出電壓，則輸出電壓也會隨溫度升高而降低。

分壓公式為：

解題方法

題目未畫出第四題的分壓接線，以下依汽車冷卻水溫感測器的常見接法，假設固定電阻接在 $5\ \mathrm{V}$ 與輸出節點之間，感測器接在輸出節點與接地之間；因此輸出電壓取自感測器兩端。

在 $50\,^\circ\mathrm{C}$ 時，$R_{\text{sensor}}=500\ \Omega$，且 $V_{\text{out}}=1.0\ \mathrm{V}$：

在 $100\,^\circ\mathrm{C}$ 時，$R_{\text{sensor}}=100\ \Omega$：

（一）感測器在 $100\,^\circ\mathrm{C}$ 時，輸出電壓約為 $0.238\ \mathrm{V}$。

（二）自動啟動冷卻風扇電路

利用比較器判斷感測器輸出是否低於 $100\,^\circ\mathrm{C}$ 對應的門檻電壓 $0.238\ \mathrm{V}$。感測器輸出接比較器反相端，參考電壓接同相端。

核心觀念

此電路以兩級 NPN 電晶體串接控制馬達：$Q_1$ 的射極電流供應 $Q_2$ 的基極電流，$Q_2$ 再控制馬達電流。電位計 $R_2$ 改變基極電流，進而調整馬達電流與扭矩。

依電晶體電流增益定義，$I_C=\beta I_B$，且射極電流為 $I_E=I_C+I_B=(\beta+1)I_B$。因此，本題兩級串接時：

圖中由 $12\ \mathrm{V}$ 經 $R_1、R_2$ 至兩個基極－射極接面，總電壓降為 $2V_\gamma=1.2\ \mathrm{V}$，所以電阻上的電壓為 $10.8\ \mathrm{V}$。

解題方法

先以電位計最小電阻設定馬達最大電流，此時 $R_2=0$，由此求 $R_1$。再以馬達剛能啟動的 $20\ \mathrm{mA}$ 求出 $R_1+R_2$，兩者相減即可得到 $R_2$ 的最大值。

最大馬達電流為 $340\ \mathrm{mA}$ 時：

此時 $R_2=0$，故