111 高普考高考三級 汽車工程 汽車底盤 考古題詳解

核心觀念

本題評量重點為汽車底盤「轉向系統（Steering System）」之運動幾何關係、機械利益配置與現代電子控制底盤技術。涉及核心觀念包含：

1. 轉向比（Steering Ratio, $SR$）定義： 車輛轉向系統中，方向盤旋轉角度（$\Delta \theta_{sw}$）與轉向輪（前輪）轉向偏轉角（$\Delta \delta_{w}$）之比值： $SR = \frac{\Delta \theta_{sw}}{\Delta \delta_{w}}$
2. 機械利益（Mechanical Advantage）與操縱響應之權衡（Trade-off）： 依功與能守恆原理，轉向比本質上為力矩放大倍率與位移放大倍率之逆關係。高轉向比帶來轉向省力與高速穩定性，但犧牲反應靈敏度；低轉向比提升操控靈敏度，但轉向阻力大且高速容錯率低。
3. 可變轉向比（Variable Gear Ratio Steering, VGRS）之動態調節邏輯： 為兼顧「低速靈活性」與「高速穩定性」，透過機械變齒距齒條（Variable Pitch Rack）或機電整合機構（如行星齒輪、諧波齒輪、線控轉向 Steer-by-Wire），依車速（Vehicle Speed）與行駛模式（Drive Mode）主動連續改變轉向比。

解題方法

1. 第 (一) 子題（5 分）：

• 列出轉向比數學定義式 $SR = \Delta \theta_{sw} / \Delta \delta_{w}$。
• 帶入數值 $20:1$，明確解釋物理幾何意義：方向盤轉動 $20^\circ$ 時前輪偏轉 $1^\circ$。
• 點出動力學上的實質意義：系統提供約 20 倍的力矩放大（機械利益），使駕駛人能以較輕施力克服輪胎與地面之回正力矩與摩擦阻力。

2. 第 (二) 子題（5 分）：

• 採「對比分析法」，分別探討「轉向比較大」與「轉向比較小」對車輛操駕特性的雙向影響（操作力道、轉向靈敏度、左右死點圈數 Lock-to-lock turns、高速穩定性）。

3. 第 (三) 子題（10 分）：

• 從「行駛車速關聯」與「駕駛模式（Drive Mode）關聯」雙維度切入。
• 逐一詳述低速模式（停車／市區急轉）、高速模式（國道巡航）以及運動／動態模式（Sport Mode）下轉向比之匹配邏輯與工程效益。

選項分析

本題為高考三級申論問答題，無選擇選項；各子題之完整推導與規範擬答詳見【答案】。

解題技巧

1. 定義式先行：申論題回答機械名詞，務必先寫出精確公式，再以文字做物理意義詮釋，可直接穩拿基本分。
2. 掌握「對稱性」論述：分析比值大小影響時，列出優缺點對比表或對應點（省力性 vs. 靈敏度、高速穩定性 vs. 停車便利性），版面清晰且不遺漏要點。
3. 結合控制邏輯：可變轉向比的解答切忌只寫「低速變小、高速變大」，應進一步點出死點圈數（Lock-to-lock turns）與路感反饋（Road feel）的變化，並將行駛模式（停車、高速、運動模式）分類陳述，展現專業深度。

【答案】

(一) 轉向比為 $20:1$ 的代表意義

轉向比（Steering Ratio, $SR$）定義為方向盤轉角變化量（$\Delta \theta_{sw}$）與前轉向輪實際偏轉角變化量（$\Delta \delta_{w}$）之比值：

核心觀念

本題考前輪定位的三個前視角度：主銷內傾角、外傾角與包含角。它們以車輛前方觀察時的垂直線、轉向軸線及車輪中心線為基準。圖中的「垂直線」是判讀角度的重要基準。

解題方法

由圖中各角度標示的位置判讀：

• ② 主銷內傾角：轉向軸線與垂直線的夾角。
• ③ 外傾角：車輪中心線與垂直線的夾角。
• ① 包含角：轉向軸線與車輪中心線之間的夾角；依圖示方向，為主銷內傾角與外傾角的合成角度。

可用下式表示其角度關係：

實際計算時須依正、負方向採代數合成。

三個角度的主要功用

核心觀念

本題測驗自動變速箱（Automatic Transmission, AT）中「扭矩轉換器」（Torque Converter）與「扭矩轉換器離合器」（Torque Converter Clutch, TCC，又稱鎖定離合器 Lock-up Clutch）之構造原理與電子控制邏輯。

1. 流體傳動之物理極限： 扭矩轉換器依靠泵輪（Pump/Impeller）、渦輪（Turbine）與導輪（Stator）之間的自動變速箱油（ATF）進行動量交換以傳遞扭矩。流體傳動本質上存在滑差（Slip），其傳動效率定義為： $\eta = \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} = \frac{T_t \cdot \omega_t}{T_p \cdot \omega_p} = \frac{T_t \cdot N_t}{T_p \cdot N_p}$ 當轉速比 $e = \frac{N_t}{N_p} \approx 0.85 \sim 0.9$ 進入耦合點（Coupling Point）後，雖然不再具備扭矩放大效果（即 $T_t / T_p \approx 1$），但因油液剪切與摩擦損失，效率最高僅約 $85\% \sim 90\%$，無法達到 $100\%$。
2. 機械剛性直結原理： TCC 為安裝於渦輪輪轂上的摩擦離合器片。當變速箱控制模組（TCU/TCM）控制電磁閥導通油壓時，推動 TCC 壓板與變速箱前蓋（與引擎飛輪鎖固）緊密接合，使引擎曲軸與變速箱輸入軸形成 $1:1$ 的機械剛性直結（Mechanical Direct Drive）。

解題方法

本題為標準的 20 分申論題，配分平均分配為兩小題各 10 分，閱卷評分重視「條理性」與「專業術語的完整度」：

1. 第 (一) 子題（功用，10 分）： 切入點應建立在「流體傳動缺點」對比「機械傳動優點」。必須列出四大核心效益：消除滑差損失（提升效率）、增進燃油經濟性、降低 ATF 油溫（延緩油品劣化）、提供引擎煞車效果。
2. 第 (二) 子題（動作時機，10 分）： 切入點應涵蓋完整的控制閉迴路邏輯。必須採用「二分法」完整陳述「接合（Lock-up Engage）時機」與「釋放（Lock-up Release）時機」，並帶出相關感知器（TPS、VSS、ECT、TFT、Brake Switch）之判斷條件，展現現代電子控制變速箱（ECT）之專業深度。

選項分析

本題為高考三級「汽車底盤」之專業申論題，非選擇題型。閱卷給分點與扣分陷阱分析如下：

• 功用部分：若僅回答「省油」或「消除滑差」，僅能獲得基礎分（約 4～5 分）；必須補充「防止 ATF 過熱氧化」及「提供下坡引擎煞車效果」，論述才算完整。
• 動作時機部分：若只回答「高速巡航接合」，遺漏了「何時必須強制釋放（如急加速、踩煞車、低溫保護、換檔瞬間）」，將失分 4～5 分。說明「釋放條件」更能體現考生對動力中斷保護與換檔平順性控制的掌握度。

解題技巧

1. 作答結構化：使用條列式標題並輔以專業名詞（如滑差 Slip、機械剛性直結 Mechanical Direct Drive、扭矩放大區、耦合區、換檔震動 Shift Shock）。
2. 記憶口訣：

• 功用四核心：省油（經濟性）、降溫（保油品）、直結（高效能）、煞車（制動力）。
• 接合五條件：高速巡航、油門穩定、水溫油溫足、煞車未踩下、轉速比接近 1。
• 釋放四關鍵：起步低速（防熄火）、急踩油門（要扭矩）、踩下煞車（防抱死）、換檔瞬間（防頓挫）。

【答案】

核心觀念

本題旨在測驗考生對現代主動安全系統中**車輛電子式穩定控制系統（Electronic Stability Control, ESC）**的系統目的、控制邏輯及硬體架構的掌握程度：

1. 控制理論核心：ESC 為閉迴路回授控制系統（Closed-loop Feedback Control System），核心在於比對駕駛人操控意圖（轉向角、煞車壓力）與車輛實際動態反應（車輪速度、偏航率、橫向加速度），於車輛逼近物理抓地力極限時，利用「不對稱個別車輪煞車（差動煞車，Differential Braking）」產生主動反向偏航力矩（Corrective Yaw Moment），以維持側向循跡穩定性。
2. 失控型態抑制：

• 轉向不足（Understeer，推頭）：實際偏航率小於目標偏航率，系統對內側後輪施加煞車，產生向內偏擺力矩。
• 轉向過度（Oversteer，甩尾）：實際偏航率大於目標偏航率，系統對外側前輪施加煞車，產生向外抗旋力矩。

3. 感知器佈局：系統需同時涵蓋「輸入端（意圖感知）」與「反饋端（狀態感知）」之感測元件。

解題方法

1. 第 (一) 小題（主要目的）之切入點：

• 採「核心功能 $\rightarrow$ 物理機制 $\rightarrow$ 系統層級」三層次切入。
• 先點出防止側滑、修正轉向不足與轉向過度；再說明其藉由獨立車輪煞車與動力調節達成循跡控制；最後指明其為整合 ABS（防鎖死煞車）與 TCS（循跡防滑）的高階動態穩定系統。

2. 第 (二) 小題（所需感知器）之切入點：

• 依「駕駛意圖辨識（Input）」與「車輛動態反饋（Feedback）」進行分類條列，並詳述各感知器量測之物理量與功能，展現專業度與架構邏輯。

解題技巧

1. 答題架構分類法（拿滿分關鍵）： 感測器切忌雜亂堆疊，應分為「駕駛人意圖感知器」與「車輛動態感知器」兩大群組。閱卷委員能在 5 秒內辨別考生具備系統控制工程思維。
2. 高頻失分陷阱：

• 混淆 ABS/TCS 與 ESC：ABS 僅管縱向制動打滑，TCS 僅管縱向加速打滑；ESC 管的是「側向動態穩定性與偏航角速度」，務必強調偏航（Yaw）與側滑（Skid）。
• 漏寫「轉向盤角度感知器」或「偏航率感知器」：這兩者為判定「駕駛想去哪」與「車子實際去哪」的核心對比依據，漏答將嚴重扣分。

3. 法規標記： 依命題當年（民國 111 年）交通部《車輛安全檢測基準》第四十二點之三規範，電子式穩定控制系統為新型式車輛之強制性配備檢驗項目。

【答案】

(一) 電子式穩定控制系統（ESC）之主要目的

ESC 屬於主動安全控制系統，其主要目的如下：

1. 防止車輛側滑失控，維持行向穩定性（Directional Stability）： 當車輛行經濕滑路面、突遇障礙物緊急閃避或高速過彎時，若側向抓地力不足，車輛極易脫離駕駛人預定軌跡。

核心觀念

本題測驗汽車底盤領域中「主動安全控制」與「線傳煞車／電子節氣門整合控制」的核心機制。

1. 系統背景與法源依據：煞車優先系統（Brake Override System, BOS）係為因應非預期加速（Sudden Unintended Acceleration, SUA，俗稱暴衝）事故而生之安全防護機制。國內法規依交通部「車輛安全檢測基準」第六十八點（煞車優先系統）訂定檢測標準，要求配備電子節氣門控制（Electronic Throttle Control, ETC / Drive-by-Wire）之車輛皆須具備該主動安全控制邏輯。
2. 控制架構：整合引擎控制模組（ECM/ECU）、油門踏板位置感知器（APPS）、煞車開關（Brake Switch）與輪速感知器（Wheel Speed Sensor）。透過微處理器運算邏輯，使行車電腦在雙踏板同時受壓時，賦予煞車指令最高優先權。

解題方法

本題為標準的 20 分高普考申論題（兩小題各佔 10 分），作答切入點如下：

1. 主要功能（10 分）：應從「動力抑制」、「煞車輔助效能維持（真空度）」與「行車動態安全保護」三個層次切入，說明 ECU 在硬體與軟體層面如何強制介入，而非僅以一句「煞車優先」帶過。
2. 作動條件（10 分）：必須依控制工程的邏輯閘條件展開說明，包含「踏板輸入狀態」、「車速門檻」、「時間延遲／防誤觸機制」以及「作動解除與例外條件」，展現對汽車底盤電子控制實務與工況限制的全面掌握。

解題技巧

1. 掌握評分關鍵字：作答必須精確使用汽車工程術語，如「電子節氣門」、「APPS」、「進氣歧管真空度」、「真空倍力器」、「踏板重疊判斷時間」等。
2. 避開常見陷阱：

• 誤以為 BOS 是單純的機械連動裝置（實際上為純電子控制邏輯）。
• 忽略「車速門檻」與「延遲判斷」：若未設定車速門檻與時間差，將導致車輛無法順利進行坡道起步或造成低速移車時誤斷動力。

【答案】

一、煞車優先系統（Brake Override System, BOS）之主要功能（10 分）

煞車優先系統係內建於引擎控制模組（ECM）中之主動安全軟體邏輯，主要功能如下：

1. 強制抑制引擎動力輸出，消除非預期加速（SUA）： 當車輛行駛中，駕駛人踩下煞車踏板時，若油門踏板同時處於開啟位置（例如油門踏板機構卡滯、腳踏墊卡住踏板、或駕駛人因突發狀況慌亂誤踩雙踏板），系統會直接忽略或削弱油門踏板訊號，強制命令電子節氣