110 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

本題考查汽車電子與電動車的基本名詞。作答時先將英文專有名詞譯為中文，再說明其功能、構成或運作方式。四個名詞分別涉及駕駛輔助、車道偏離警示、插電式油電混合動力車，以及永磁同步馬達。

解題方法

先辨認各名詞所屬領域，再抓住定義中的關鍵差異：ADAS 是一整類駕駛輔助技術；LDWS 是其中一種車道安全警示功能；PHEV 的電池可由外部電源充電，並兼具引擎與電動馬達；PMSM 則以永磁體建立轉子磁場，並由定子交流電產生旋轉磁場來驅動。

名詞解釋

（一）Advanced Driver Assistance System（ADAS）

中文：先進駕駛輔助系統。

利用車載感測器、電子控制單元及人機介面，協助駕駛人掌握車輛周遭狀況、降低事故風險或減輕駕駛負擔的系統。常見感測器包括攝影機、雷達、光達及超音波感測器；系統可提供碰撞警示、車道偏離警示、盲點偵測、自動緊急煞車及車道維持輔助等功能。

ADAS 的「輔助」表示系統協助駕駛人，而非取代駕駛人；駕駛人仍須注意道路狀況並負責操控車輛。

（二）Lane Departure Warning System（LDWS）

中文：車道偏離警示系統。

利用攝影機或其他感測器辨識車道線，並監測車輛相對於車道的位置。當車輛在未啟用方向燈等情況下偏離車道時，系統以聲音、燈號、方向盤震動等方式警示駕駛人，提醒其修正行駛方向。

LDWS 的主要功能是「警示」；若系統進一步主動控制方向盤，使車輛回到車道內，則屬於車道維持輔助等主動控制功能，兩者不可混為一談。

（三）Plug-in Hybrid Electric Vehicle（PHEV）

中文：插電式混合動力電動車，亦稱插電式油電混合車。

核心觀念

CAN（Controller Area Network）是多主控的串列通訊網路。題目考查 CAN 協定中四種**訊息框架（frame）**的名稱與用途：資料框架、遠端框架、錯誤框架及過載框架。資料框架與遠端框架承載正常通訊；錯誤框架與過載框架則用於錯誤處理或延緩後續傳送。Bosch CAN Specification 2.0

解題方法

依框架的功能分類作答，再說明各框架由何種情況觸發、傳遞什麼訊息，以及對匯流排的作用。作答時可將「傳送資料、要求資料、通報錯誤、延緩傳送」四種功能逐一對應到四種框架。

四種訊息框架及其意義

1. 資料框架（Data Frame）

用來將資料由傳送節點送至一個或多個接收節點，是 CAN 正常通訊中最常用的框架。其資料欄可承載實際資料，識別碼（Identifier）用來標示訊息內容及參與匯流排仲裁；識別碼數值較小者具有較高優先權。

2. 遠端框架（Remote Frame）

用來向其他節點要求傳送特定識別碼的資料。遠端框架本身不帶資料欄，其識別碼指出所要求的資料類型；被要求的節點收到後，應以相同識別碼的資料框架回覆。

在傳統 CAN 框架格式中，遠端框架以遠端傳送要求位元（RTR）表示；它與資料框架的主要區別，是前者提出資料要求、後者實際承載資料。

3. 錯誤框架（Error Frame）

當節點在傳送或接收時偵測到位元錯誤、填充錯誤、CRC 錯誤、格式錯誤或確認錯誤等協定錯誤，便以錯誤框架通知匯流排上的其他節點，使正在進行的框架被視為錯誤並中止。

核心觀念

本題考查理想運算放大器在負回授下的「虛短」與輸入端電流為零：

• 虛短：$V_-=V_+$
• 輸入端電流為零，因此各輸入端外接電阻的電流依克希荷夫電流定律計算。

依題圖，非反相端由 $8\,\mathrm{V}$ 經電阻 $R$ 與 $12\,\mathrm{k\Omega}$ 接地形成分壓；反相端則透過兩個 $10\,\mathrm{k\Omega}$ 電阻，分別連接 $3\,\mathrm{V}$ 輸入與輸出 $V_o$。

解題方法

先求非反相端電壓 $V_+$：

此處電阻皆以 $\mathrm{k\Omega}$ 為單位。由虛短，$V_-=V_+$。

在反相端套用克希荷夫電流定律：

整理得：

核心觀念

本題考查電阻與電容串聯時的充電暫態。電容的時間常數為

其中 $R$ 為電阻值、$C$ 為電容值。電容電壓不會瞬間改變，而是隨時間逐漸接近輸入電壓 $V_i$。

解題方法

依圖示，假設固定電壓 $V_i$ 在 $t=0$ 加至電路，且電容初始電壓 $V_C(0)=0$。由迴路電壓定律：

電流為 $i=C\dfrac{dV_C}{dt}$，電阻電壓為 $V_R=iR=RC\dfrac{dV_C}{dt}$，因此：

套用初始條件 $V_C(0)=0$，得電容充電電壓：

當 $t=0$ 時，$V_C=0$；時間增加後，$V_C$ 逐漸上升並趨近 $V_i$。

時間常數與電容值

核心觀念

分激式直流電動機的電樞電流由電樞端電壓扣除電樞反電勢後，流經電樞電阻而形成，因此有

其中 $V$ 為端電壓、$E_a$ 為電樞感應電勢、$I_a$ 為電樞電流、$R_a$ 為電樞電阻。分激磁場與電樞並聯，磁場電流為 $I_f=V/R_f$；電源供應的總電流則為 $I_L=I_a+I_f$。

題目忽略機械損耗，故額定輸出功率視為電動機的機械輸出功率。電樞所需功率包含轉換成機械功率的電磁功率，以及電樞電阻銅損。

解題方法

先由額定輸出功率求電樞感應電勢與電樞電流的乘積：

再配合電樞迴路電壓方程式

代入 $E_a=55{,}000/I_a$：

整理得

解此二次方程式：

所得兩根約為 $267.6\ \mathrm{A}$ 與 $4{,}132.4\ \mathrm{A}$。大根會使電樞壓降 $I_aR_a$ 超過電源電壓，無法符合電動機的電樞電壓關係，故取合理小根：

(一) 電樞電流

(二) 電樞感應電勢

由 $P_{\mathrm{out}}=E_aI_a$：

亦可由電壓方程式驗算：