113 高普考高考三級 汽車工程 汽車電機與電控學 考古題詳解

核心觀念

本題考查汽車電機與電控系統的基本功能，須能分辨各系統的作用目的、主要運作方式，以及是否涉及車輛驅動或安全輔助。五個名詞中，S/S 與 MHEV 著重節能與動力管理；RBS 著重煞車能量回收；LDW 與 PAS 則屬駕駛輔助系統。

解題方法

作答時可依「系統做什麼、如何運作、帶來什麼效果」逐項說明，並辨別容易混淆的功能：LDW 是車道偏離警示，PAS 是停車輔助；MHEV 可提供有限電動助力，但通常不能像純電動車般長時間單獨驅動車輛。

(一) Start/Stop System（S/S System，怠速熄火系統）

車輛在交通號誌等情況停車、且符合系統設定條件時，自動停止引擎運轉；駕駛準備起步時，再由起動馬達或整合式起動發電機重新啟動引擎。系統通常會監控電瓶電量、引擎溫度、空調需求及車速等條件，以確保熄火與再啟動不影響車輛正常使用。

目的是減少停車怠速時的燃油消耗與廢氣排放。它主要改善停車期間的引擎怠速耗油，並不代表車輛具有純電行駛能力。

(二) Mild Hybrid Electric Vehicle（MHEV，輕度混合動力車）

以內燃機為主要動力，另配置電動機與電能儲存裝置（如高壓電池），在起步或加速時提供有限電動助力，並可配合怠速熄火與煞車能量回收。常見架構包括 48 V 系統，以及整合式起動發電機（ISG）。

與全混合動力車的主要差異，在於一般 MHEV 的電動機通常不能獨立驅動車輛行駛；電動系統主要協助內燃機運轉、提升效率並回收能量。因此，MHEV 不等同於純電動車，也不宜與可由電動機單獨驅動的全混合動力系統混為一談。

(三) Regenerative Brake System（RBS，再生煞車系統）

核心觀念

本題考查惠斯登電橋（Wheatstone bridge）及串聯分壓原理。

圖中電源 $V_s$ 加在電橋上下兩端：

• 左支路由 $R_1$、$R_2$ 串聯組成。
• 右支路由 $R_3$、$R_4$ 串聯組成。
• 輸出電壓定義為左側中點對右側中點的電壓：

解題方法

（一）求 $V_o$ 與 $V_s$ 的關係

因為各支路均為串聯電路，先利用分壓公式求兩個中點電壓。

左支路中，$R_2$ 兩端電壓為：

右支路中，$R_4$ 兩端電壓為：

依照圖中 $V_o$ 左正右負的極性：

因此：

通分後：

整理分子：

（二）使 $V_o=0$ 的電阻關係

核心觀念

本題考查步進馬達的脈波輸入與角位移控制原理，以及其相較於一般連續旋轉馬達的控制特性。步進馬達（stepping motor）將電氣脈波轉換成離散的機械轉動；控制脈波數可控制轉角，控制脈波頻率可控制轉速，改變定子繞組的通電順序則可改變轉向。

解題方法：工作原理

步進馬達的定子具有多相繞組，轉子則依馬達型式採用永磁體、軟磁材料，或兩者兼具。控制器依序向定子各相繞組送入電流，使定子磁場的位置按順序改變。轉子受到磁力作用，會朝向磁阻較小或磁極吸引力較大的位置移動，並在每次激磁切換後轉過一個固定步距角。

例如，依序激磁 A、B、C、D 相，轉子便沿一方向逐步轉動；若將激磁順序反轉，轉子便反向轉動。每輸入一個有效脈波，馬達前進一個步距；若步距角為 $\theta_s$，輸入 $N$ 個脈波時，理想轉角為

若每轉所需脈波數為 $N_r$，脈波頻率為 $f_p$，則理想轉速為

因此，步進馬達通常以開迴路方式控制位置：脈波數決定轉角，脈波頻率決定轉速，通電相序決定方向。若負載過大、加速過快或脈波頻率超出馬達能力，轉子可能失步，實際位置便會偏離控制器依脈波數推算的位置。

步進馬達的特性

1. 步距角固定，適合離散位置控制 每次激磁狀態切換，轉子按一定步距角前進。步距角由馬達結構及激磁方式決定，能以脈波數設定目標角位移。

2. 轉角與輸入脈波數成正比 在不失步的前提下，脈波數越多，轉子轉角越大；脈波數可直接作為位置控制依據。

核心觀念

本題考查理想運算放大器的兩項特性：

1. 輸入端電流為零： $I_+=I_-=0$

2. 在線性負回授狀態下，虛短路成立： $V_+=V_-$

齊納二極體將非反相輸入端電壓穩定為：

$V_+=V_Z=6\text{ V}$

因此反相輸入端電壓亦為：

$V_-=6\text{ V}$

解題方法

（一）輸出電壓 $V_o$

$R_{L1}$ 與 $R_{L2}$ 串聯於輸出端與接地之間，且反相輸入端接在兩電阻的中點，因此中點電壓為分壓結果：

$V_-=\frac{R_{L2}}{R_{L1}+R_{L2}}V_o$

代入 $V_-=6\text{ V}$、$R_{L1}=2\text{ k}\Omega$、$R_{L2}=1\text{ k}\Omega$：

$6=\frac{1}{2+1}V_o$

$V_o=18\text{ V}$

（二）電流 $I_R$ 及 $I_{L1}$

電阻 $R$ 的下端電壓為齊納電壓 $6\text{ V}$，故：

$I_R=2\text{ mA}$

$R_{L1}$ 兩端電壓為：