112 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

本題測驗汽車電機系統中的電動車型式、車載通訊網路、轉向輔助系統，以及高壓電力分配裝置。作答時依題意先翻譯名詞，再說明其功能與系統特性。

解題方法

以「中文名稱＋定義＋主要功能」逐項作答。名詞解釋應點出系統如何運作，以及它在整車中的用途，避免只把英文逐字翻譯。

（一）Extended-Range Electric Vehicle

中文：增程式電動車。

增程式電動車以電動馬達作為主要或唯一的車輪驅動來源，並搭載小型內燃機與發電機作為增程器。當電池電量降低時，內燃機帶動發電機供電給電動馬達或為電池充電，以延長車輛可行駛距離。增程器通常不直接驅動車輪，因此其動力架構與內燃機直接驅動車輪的油電混合動力車不同。

（二）Media Oriented Systems Transport

中文：媒體導向系統傳輸（MOST）網路。

MOST 是車載多媒體通訊網路，主要用於傳輸音訊、視訊及相關控制資料，連接車載娛樂、導航、擴大機與顯示器等設備。此網路通常採環狀拓樸，利用同步傳輸方式支援即時影音資料，並可同時承載控制或非同步資料。

（三）Electric Power Steering

中文：電動輔助轉向系統（EPS）。

核心觀念

本題考查 CAN（Controller Area Network）的匯流排仲裁、接收端訊息篩選，以及鮑率的意義。CAN 採多主控架構，多個節點可在匯流排閒置時同時開始傳送；訊息以識別碼（Identifier）標示優先權與內容類別，節點依位元仲裁決定哪一個訊息取得匯流排。

解題方法

(一) 訊號碰撞處理機制

CAN 使用非破壞性位元仲裁（non-destructive bitwise arbitration），不是偵測碰撞後再隨機重傳。

1. 匯流排採線與（wired-AND）邏輯：隱性位元（recessive，邏輯 1）不主動拉低匯流排；顯性位元（dominant，邏輯 0）可覆蓋隱性位元。因此，只要有節點送出顯性位元，匯流排上讀到的就是顯性位元。
2. 節點同步傳送並監聽：同時要傳送的節點，從仲裁欄位起依序送出位元，同時讀取匯流排實際電位。
3. 比較送出值與匯流排值：若節點送出隱性位元，卻讀到顯性位元，就知道有優先權更高的訊息正在傳送。該節點立即停止傳送，轉為接收狀態。
4. 優先權由識別碼決定：CAN 識別碼採高位元先傳；在第一個不同的位元處，送出顯性位元的訊息優先。因此，數值較小的識別碼通常具有較高優先權。
5. 勝出訊息完整傳送：退出仲裁的節點不會破壞勝出訊息；匯流排由勝出節點繼續使用，落敗節點等待匯流排再次閒置後重傳。

例如，兩個訊息識別碼由高位元開始比較，若其中一個送出 0、另一個送出 1，匯流排呈現 0；送出 1 的節點發現不一致後退出，送出 0 的節點繼續傳送。

(二) 接收遮罩（Mask）、接收過濾器（Filter）的功能

接收過濾器與遮罩共同決定某一訊息是否符合接收條件，主要用來讓節點只接收所需的 CAN 識別碼，降低不必要的訊息處理負擔。

• Filter（過濾器）：設定要比對的識別碼或識別碼樣式。
• Mask（遮罩）：設定識別碼中哪些位元要比較、哪些位元忽略。通常遮罩位元為 1 表示該位元須比對，為 0 表示不參與比對；實際極性仍須依控制器規格確認。

核心觀念

本題考查串激式直流電動機的：

• 電壓平衡式： $V=E_a+I_a(R_a+R_{se})$
• 反電動勢關係： $E_a\propto \phi n$
• 電磁轉矩關係： $T_e\propto \phi I_a$

串激式電動機在未達磁飽和時，串激磁場磁通量與電樞電流成正比：

$\phi\propto I_a$

因此：

$n\propto \frac{E_a}{I_a}$

$T_e\propto I_a^2$

以下依「未磁飽和、忽略機械損耗」之理想條件計算。

解題方法

電樞電阻與串激磁場電阻總和為：

$R=R_a+R_{se}=0.05+5=5.05\ \Omega$

已知基準運轉狀態：

$I_1=2\ \mathrm{A},\qquad n_1=3600\ \mathrm{rpm}$

當電樞電流為 $2\ \mathrm{A}$ 時，反電動勢為：

$E_1=220-2(5.05)=209.90\ \mathrm{V}$

（一）電樞電流為 $20\ \mathrm{A}$ 時之轉速

當：

$I_2=20\ \mathrm{A}$

反電動勢為：

$E_2=220-20(5.05)=119.00\ \mathrm{V}$

由於：

$E_a\propto \phi n$

且未飽和時 $\phi\propto I_a$，所以：

代入數值：

$n_2=204.09\ \mathrm{rpm}$

（二）電樞電流為 $20\ \mathrm{A}$ 時之轉矩

在忽略機械損耗時，電磁轉矩所產生的機械功率等於反電動勢與電樞電流的乘積：

$P_m=E_aI_a=T_e\omega$

先求基準狀態之轉矩。

基準狀態的電磁功率：

$P_1=E_1I_1=209.90(2)=419.80\ \mathrm{W}$

基準角速度：

因此：

未磁飽和時：

$T_e\propto I_a^2$

所以：

核心觀念

本題考查「反相積分器」運算放大器電路。理想運算放大器具有：

• 輸入端電流為零；
• 虛短路：$V_- = V_+ = 0$；
• 非反相端接地，因此反相端為虛地。

電路的輸入阻抗為 $R$，回授元件為電容 $C$，故為反相積分器。

解題方法

（一）求 $V_i$ 與 $V_o$ 之關係

在運算放大器反相輸入端套用 KCL：

因此：

整理得：

對時間積分：

若以拉氏轉換表示，初始條件為零時：

本題數值為：

所以：

故：

其中 $V_i$ 以伏特表示，時間以秒表示。

（二）分析 $V_o$ 的電壓與時間關係

由圖二可知：

• $0\sim10\ \mathrm{ms}$：$V_i=-1\ \mathrm{V}$
• $10\sim20\ \mathrm{ms}$：$V_i=+1\ \mathrm{V}$
• $20\sim30\ \mathrm{ms}$：$V_i=-1\ \mathrm{V}$
• $30\sim40\ \mathrm{ms}$：$V_i=+1\ \mathrm{V}$

且：

當 $V_i=-1\ \mathrm{V}$ 時：

因此輸出電壓線性上升。經過 $10\ \mathrm{ms}$：

所以：

當 $V_i=+1\ \mathrm{V}$ 時：