114 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名詞。作答時先將英文名詞譯為中文，再說明其功能、構造或作用原理，並指出它在車輛系統中的位置。

解題方法

可依名詞所屬的系統分類：車用電子控制器、車內通訊、電動車動力、電動機，以及引擎感測器。解釋時掌握「是什麼、做什麼、如何運作」三個重點。

（一）Microcontroller Unit

中文翻譯：微控制器（MCU）

微控制器是將中央處理器（CPU）、記憶體及輸入／輸出介面等整合在單一晶片上的控制元件，可讀取感測器訊號、執行程式並控制致動器。汽車中的引擎控制單元、車身控制模組及電池管理系統等，常以微控制器作為運算與控制核心。

（二）CAN Controller

中文翻譯：CAN 控制器（控制器區域網路控制器）

CAN 控制器是車載 CAN 通訊介面的核心電路，負責依 CAN 協定處理訊框、識別碼、仲裁、錯誤偵測及傳送／接收資料。它通常與 CAN 收發器搭配：控制器處理數位訊框與協定，收發器則將控制器的邏輯訊號轉換為 CAN-H、CAN-L 差動總線訊號，並將總線訊號轉回邏輯訊號。

（三）Battery Electric Vehicle

中文翻譯：電池電動車（純電動車，BEV）

電池電動車以車載充電電池儲存電能，供電動機驅動車輪；可透過外部電源充電，並通常利用再生煞車回收部分動能。BEV 不以內燃機作為車輛行駛的動力來源，與油電混合車不同，其行駛動力主要來自電池、功率電子裝置及電動機。

（四）Induction Motor

核心觀念

本題考查 CAN（Controller Area Network）的實體網路拓譜，以及多個控制器同時要求傳送時，CAN 如何透過非破壞性逐位元仲裁決定傳送權。

CAN 是多主控、訊息導向的串列通訊系統。各節點可在匯流排閒置時自行發送訊息；訊息以識別碼（Identifier）表示內容與優先權，並以廣播方式傳送，由各接收節點依需求篩選。

解題方法

作答分成兩部分：第一部分說明 CAN 的實體連線、節點連接方式及終端電阻；第二部分說明顯性位元與隱性位元的關係，再依照仲裁欄位的逐位元比較，交代競爭節點如何退出及何者取得傳送權。

（一）CAN Bus 之網路拓譜（網路架構）（15 分）

1. 實體拓譜：線形匯流排

CAN Bus 通常採用線形匯流排拓譜。一對差動訊號線 CAN_H 與 CAN_L 構成主幹，各電子控制單元（ECU）以短支線並聯接入主幹。

終端電阻 終端電阻
 120 Ω 120 Ω
 │ │
───┴───────┬──────────┬──────────┬─────────────────┴──
 ECU 1 ECU 2 ECU 3
 CAN_H、CAN_L 主幹匯流排

各節點均連接在同一匯流排上，沒有中央主控節點負責逐一轉送訊息。因此，任一節點發出的訊息可由匯流排上的其他節點接收；接收節點再依訊息識別碼判斷是否處理。

2. 節點連接與差動傳輸

CAN 使用 CAN_H、CAN_L 兩條訊號線傳輸差動訊號。差動接收方式可抑制兩條線共同受到的外部雜訊，適合車輛內有馬達、點火系統等電磁干擾的環境。各節點透過 CAN 收發器連接匯流排，並以控制器處理訊框、識別碼及錯誤狀態。

3. 終端電阻與布線原則

線形主幹的兩個物理末端通常各接一個約 $120\,\Omega$ 的終端電阻，並聯等效電阻約為：

終端電阻用以匹配傳輸線特性阻抗，降低訊號反射。支線應保持短，布線宜接近線形；過長支線或星狀分支會增加反射與訊號完整性問題，尤其在較高傳輸速率下更明顯。

4. 邏輯架構

CAN 屬於多主控、廣播式、訊息導向網路。節點以訊息識別碼區分訊息種類與優先權，而不是以識別碼指定唯一的接收站。各節點可自行競爭匯流排的使用權，並由接收端依訊息內容與識別碼進行篩選。

（二）CAN Bus 訊號碰撞之解決機制（10 分）

1. 以逐位元仲裁取代碰撞後重傳

核心觀念

本題考分激式發電機的電流關係與電樞功率。分激磁場與電樞並聯於端電壓，因此分激磁場電流為

額定輸出電流流經負載；依電流定律，發電機的電樞電流須同時供應負載與分激磁場：

發電機的電樞感應電勢需克服端電壓及電樞電阻壓降：

電樞產生的電功率為感應電勢與電樞電流的乘積：

解題方法

額定值 $55\ \mathrm{kW}$、$220\ \mathrm{V}$ 視為發電機端輸出功率與端電壓，因此負載電流為

分激磁場電流為

（一）電樞電流

電樞電流同時供應負載與分激磁場：

（二）電樞感應電勢

發電機運轉時，電樞感應電勢須補償電樞內阻壓降：

核心觀念

本題考查理想運算放大器的負回授電路：

• 理想運算放大器輸入端電流為零：$i_+=i_-=0$
• 負回授正常工作時，虛短路成立：$V_+=V_-$
• 同相放大器電壓增益為：

其中：

• 回授電阻 $R_f=20\ \mathrm{k}\Omega$
• 接地電阻 $R_g=R$
• 同相端由 $5\ \mathrm{V}$ 與 $3\ \mathrm{V}$ 經兩個 $10\ \mathrm{k}\Omega$ 電阻連接而成

解題方法

一、求同相端電壓 $V_+$

由於理想運算放大器同相端不取電流，兩個 $10\ \mathrm{k}\Omega$ 電阻串接於 $5\ \mathrm{V}$ 與 $3\ \mathrm{V}$ 之間，同相端電壓為分壓值：

因為兩個電阻阻值相同，也可直接取兩個電壓的平均值。

二、利用同相放大器公式

由虛短路：

反相端電路為標準同相放大器，因此：