汽車電機學　申論題歷屆試題與參考架構

請說明下列名詞之意涵（先譯成中文，後解釋該名詞，每小題 5 分，共 20 分）：

（一） Extended-Range Electric Vehicle

（二） Media Oriented Systems Transport

（三） Electric Power Steering

（四） Power Distribution Unit

（20 分）

請說明 CAN（Controller Area Network）之：

（一）訊號碰撞處理機制。（10 分）

（二）接收遮罩（Mask）、接收過濾器（Filter）的功能。（10 分）

（三） CAN Bus 鮑率（Baud Rate）的定義。（5 分），其電樞電阻為 0.05 Ω，

（25 分）

一額定電壓為 220 V 串激式直流電動機（馬達）串激磁場電阻為 5 Ω，若理想情形下，並忽略機械損耗，在額定運轉之某一時刻電樞電流為 2 A、轉速為 3600 rpm（答案計算至小數點後 2 位數，亦即百分位）：

（一）當電樞電流為 20 A 時，求此時該直流電動機之轉速（單位：rpm）。（10 分）

（二）當電樞電流為 20 A 時，求此時該直流電動機之轉矩（單位：N-m）。（10 分）

（三）以圖示說明該直流電動機之轉速與電樞電流的關係。（5 分）

（四）以圖示說明該直流電動機之轉矩與電樞電流的關係。（5 分）

（30 分）

圖一之電路包含運算放大器（Operation Amplifier, OPA），其中 C = 0.05μF、R = 20 kΩ，Vi 及 Vo 分別為輸入及輸出電壓。圖一

（一）求 Vi 及 Vo 之關係。（10 分）

（二）圖二為 Vi 之電壓與時間關係圖，請分析結果後以圖描述 Vo 之電壓與時間關係圖，其中 Vo(0)=0。（15 分）圖二

（25 分）

請說明下列名詞之意涵：（每小題 5 分，共 20 分）

（一） Lane Keeping Assistance System（LKA System）

（二） Hybrid Electric Vehicle（HEV）

（三） Electronic Stability Control System（ESC System）

（四） Battery Management System（BMS）

（20 分）

考慮下圖（一）之電路，試利用戴維寧等效定理（Thevenin’s theorem）求出電流 I 3 。（15 分）3Ω 3Ω + 1A I3 7Ω + 12 V - -圖（一）

（15 分）

請回答下列問題：

（一）說明感應電動機之工作原理。（10 分）

（二）考慮一 4 極、220 V、15 hp、50 Hz 之感應電動機，其滿載時轉差率為3%，求：（15 分）此電動機之同步轉速。滿載時之轉子轉速。滿載時之轉子電頻率。

（25 分）

考慮圖（二）之運算放大器（Operational Amplifier）電路，已知 V1  2 V ，V2  4 V ，V3  8 V 。 R1  1 k ， R2  2 k ， R3  4 k 。請回答下列問題：

（一）流經電阻 R 之電流為何（由左往右方向）？（7 分）

（二）若輸出電壓V0  12 V ，則電阻 R 值應該為多少？（8 分）R R1 V1 R2 V0 V2 R3 V3圖（二）

（15 分）

請說明車聯網（Internet of Vehicle, IOV）之概念，並說明其組成之架構有那些？（25 分）

（25 分）

請試述下列名詞之意涵： （先譯成中文，後解釋該名詞，每小題 5 分，共20 分）

（一） Advanced Driver Assistance System

（二） Lane Departure Warning System

（三） Plug-in Hybrid Electric Vehicle

（四） Permanent-Magnet Synchronous Motor

（20 分）

請詳列 CAN（Controller Area Network）之訊息框架種類，並分別詳述各個框架之意義。（20 分）

（20 分）

一包含運算放大器（Operation Amplifier, OPA）之電路如下圖，當電阻 R如下之值時，分別求 Vo 之電壓數值： （每小題 10 分，共 20 分）

（一）R=12 kΩ

（二）R=4 kΩ 10 kΩ 10 kΩ 3V Vo 8V 12 kΩ

（20 分）

一電路圖如下，其中 R 為電阻、C 為電容、Vi 為輸入固定電源電壓、VC為電容兩端電壓，VC 初始值為 0，試求：

（一） VC 與 Vi 及時間之關係（10 分）

（二）若時間常數為 10 ms（毫秒） ，電阻 R 為 100 kΩ，則此時電容 C 之值？（5 分），220 V 分激式電動機，其電樞電阻為 0.05 Ω，

（15 分）

一額定值為 55 千瓦（kW）分激磁場電阻為 100 Ω，若忽略機械損耗，在額定運轉時，求： （答案精度至小數點 1 位）

（一）電樞電流（10 分）

（二）電樞感應電勢（10 分）

（三）電樞所需之功率（5 分）

（25 分）

請回答下列有關於CAN BUS問題：（每小題10分，共20分）

（一）電磁波干擾可能造成訊息傳輸重大的損失，CAN BUS如何防止訊號不受干擾？

（二）CAN BUS終端電阻有何功用？

（20 分）

如圖(1)所示電路圖，請利用戴維寧定理（Thevenin's Theorem）試求下列諸題：（每小題10分，共20分）

（一）請畫出戴維寧等效電路圖。

（二）請計算流過電阻2.5 k之電流及其電壓分別為何？圖(1)

（20 分）

請試述下列名詞之意涵：（每小題4分，共20分）

（一）X-by-Wire

（二）OBD

（三）Short to Voltage

（四）State-of-Charge of a Battery

（五）Auto Stop & Go System

（20 分）

有一溫度感測器特性如下表所示。表中之數據為感測器的溫度與其電阻之關係。請依據此表回答下列諸題：（每小題10分，共20分）溫度 電阻值30 ℃ 2 kΩ 40 ℃ 1 kΩ 50 ℃ 500 Ω 60 ℃ 300 Ω 80 ℃ 200 Ω 100 ℃ 100 Ω

（一）假如溫度感測器的輸入電壓源是5 V。當50 ℃，溫度感測器之輸出電壓是1.0 V。則當溫度是100 ℃時，請問溫度感測器之輸出電壓是多少？

（二）情境：當引發冷卻水溫度達到100 ℃時，要使電動冷卻風扇自動啟動運轉。請根據此需求設計此電路及將電路圖繪出並說明之。

（20 分）

馬達的驅動器電路如圖(2)所示。馬達的最大（停止）電流為340 mA，而要啟動馬達旋轉的最小電流為20 mA。要控制馬達的扭矩，是要經由電位計R2來控制馬達的電流。已知電晶體的參數：V = 0.6 V， = 40。試求R1與R2的值為何？（20分）圖(2)

（20 分）

如下圖，試求 R1、R2 及 R3 之電流大小及方向（電流方向可用向上、向下、向右、向左表示） 。（20 分）R1=40 Ω R2=30 Ω 10 V R3=40 Ω 8V

（20 分）

請回答下列有關 CAN Bus 相關問題：

（一） CSMA/CD-CR 為 CAN Bus 採用之媒介存取控制（MAC）的協定，試說明 CAN Bus 之 CSMA/CD-CR。（15 分）

（二） CAN 提供一些除錯機制，如位元填充錯誤（Bit Stuffing Error）、接收確認錯誤（ACK Error）等，分別說明何謂位元填充錯誤、接收確認錯誤？（10 分）

（25 分）

一感應馬達之定子電流頻率為 50 Hz，定子旋轉磁場之轉速為 1000 rpm，滿載時轉子轉速為 976 rpm，求：（每小題 5 分，共 20 分）

（一）轉子磁場相對轉子之轉速。

（二）滿載時該馬達之轉差率（Slip，或稱滑差率） 。

（三）轉子電勢之頻率。

（四）馬達之極數。

（20 分）

請試述下列名詞之意涵：（每小題 5 分，共 25 分）

（一） Adaptive Cruise Control

（二） Electrical Brakeforce Distribution

（三） Blind Spot Monitoring

（四） Tire-Pressure Monitoring System

（五） Traction Control System

（25 分）

有關馬達驅動之電動車煞車回充，若於車輛前進時，請說明馬達扭力與馬達轉速之方向關係。（10 分）

（10 分）

如下圖所示，求出總電流 I 及分支電路 I1、I2？（20 分）I 10 Ω I1 + 12 V 20 Ω I2 30 Ω -

（20 分）

如下圖所示，兩個電池之內電阻都可以忽略，電流計讀值為 2.0 A，請問該未知電池之電動勢 ε 為多少？（15 分）10.0 Ω ε =？30.0 Ω 50.0 V 20.0 Ω I = 2.0 A

（15 分）

隨著物聯網的發展，感測器在汽車元件的應用日益增多，請分別解釋下列感測器特性名詞的意涵：

（一）靈敏度（sensitivity）。（5 分）

（二）偵測極限（detection limit）。（5 分）

（三）可容許環境溫度（ambient temperature allowed）。（5 分）

（四）響應時間（response time）。 （5 分）

（五）解析度（resolution）。（5 分）

（25 分）

一典型鐵心變壓器額定值為 5 kVA，2400/120 V，60 Hz，若次級電壓為 120 V 時，且初級線圈匝數為 200，請計算：

（一）變換比。（5 分）

（二）次級（secondary）之電流額定值。（5 分）

（三）初級（primary）之電流額定值。（5 分）

（四）次級線圈匝數。（5 分）

（五）極大磁通量（單位請以 mWb 表示）。 （5 分）

（25 分）

車用智慧型控制系統不斷的精進與改良，如車載網路中 CAN Bus 系統即為將以往以「類比」訊號傳輸與調變的車載資訊方式改以「數位」訊號進行連結，請詳述：

（一）「類比」訊號傳輸的原理。（5 分）

（二）「數位」訊號傳輸的原理。（5 分）

（三）「類比」與「數位」訊號傳輸方式優缺點之比較。（5 分）

（15 分）

請試述下列名詞之意涵（先譯成中文，後解釋該名詞） ：

（一）Electronic Stability Program（10 分）

（二）Anti-lock Brake System（5 分）

（三）Engine Control Unit（5 分）

（四）Adaptive Front-lighting System（5 分）

（25 分）

請說明車載網路中 CAN Bus 之：

（一）原理。（10 分）

（二）2.0A 及 2.0B 規格的差異。（5 分）

（三）資料框架（Data Frame）中各區（Field）的功能。（10 分）

（25 分）

如下圖，試求：

（一）A 點至 D 點之等效電阻值。（10 分）

（二）B 點電壓。 （5 分）

（三）C 點電壓。 （5 分）

（四）B 點與 C 點間 30 Ω 電阻之電流及其電流方向。（5 分）B 30 Ω 30 Ω A 30 Ω D 30 Ω 10 Ω 28 V C

（25 分）

一 15 馬力，220 V 直流分激式馬達，其電樞電阻為 0.1 Ω，額定電壓滿載時，轉速為1200 rpm，電樞電流為 50 A，若磁場之磁通量因故減少 8%（亦即為原磁通量之92%），且負載不變的情形下，求： （每小題 5 分，共 25 分）

（一）瞬間之電勢。

（二）瞬間之電樞電流。

（三）瞬間之電磁轉矩。

（四）穩定後電樞電流。

（五）穩定後電樞轉速。

（25 分）