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灶神星表面有如聖母峰3倍高的高山

臺北天文館_96
・2011/10/11 ・468字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 478 ・五年級

如右圖,從曙光號太空船(Dawn)傳回的最新影像顯示:4號小行星灶神星(4 Vesta)的南極附近有座高山,山頂部分海拔高度比周圍平均高度高出22公里,約為地球最高的山—聖母峰(Mt. Everest,8.8公里)的3倍左右。另一個令人印象深刻的景象是影像右方有個連接巨大陡坡的斷崖,旁邊又連接南極低地的一部份,曙光號科學家相信這些特徵可能是山崩造成的。

這個影像是利用曙光號資料,經電腦模擬製作出來的,影像解析度約為每像素相當於300公尺,垂直子度是水平尺度的1.5倍,以便讓地景比較突出,且基本上已經將灶神星球狀的「弧度」移除,所以整個地景是被攤平了,如果真有觀測者站在灶神星表面觀看時,看到的樣子會和這個影像有所差異喔!

曙光號從2011年7月開始環繞灶神星運行,預定在2012年7月重新點燃推進器離開灶神星,在2015年抵達第2個目標天體—穀神星(Ceres)進行觀察。

資料來源:New View of Vesta Mountain From NASA’s Dawn Mission

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轉載自台北天文館之網路天文網網站

更新10/12 01:34:本文經網友根據資料來源檢視,發現若干錯誤,已經修正。

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臺北天文館_96
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臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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灶神星彩球顯現礦物分佈狀況
臺北天文館_96
・2012/06/18 ・513字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

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來自曙光號(Dawn)太空船的觀測影像,呈現出灶神星(4 Vesta)斑駁多變的表面。科學家利用這些觀測資料模擬製作彩色的3D高解析動畫,讓大家可詳細觀察灶神星表面地形各種不同物質的性質。

動畫中的顏色,是故意弄得差異很大,以彰顯灶神星表面組成成分的差異,否則的話,單以人類的眼睛,根本無法辨別差異何在。彩色影像中清楚可見從數個撞擊坑噴濺出的橘色物質,和撞擊坑周圍的表面成分相差很大。綠色顯示的是含鐵量豐富的物質,從影像中可見灶神星南半球大型隕石坑Rheasilvia的部分區域含鐵量就比鄰近區域還少。

曙光號測繪灶神星表面以製作3D立體地圖,不過部分灶神星北半球地區,在測繪期間恰處在陽光陰影中,因此曙光號科學家們還在等待灶神星北半球進入日照區,才能獲得完整的地表地形資料。此外,受到一座山脈遮蔽的關係,灶神星南極區部分區域也沒辦法測繪。

曙光號太空船目前還在環繞灶神星公轉,軌道高度不高,平均高度約680公里左右。整個任務預計將在8/26離開灶神星,步上前往穀神星的旅途。

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資料來源:Dawn Mission Video Shows Vesta’s Coat of Many Colors[2012.06.06]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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灶神星不是小行星,卻是一顆轉大人沒轉好的原行星
臺北天文館_96
・2012/06/07 ・1187字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

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美國航太總署(NASA)曙光號太空船(Dawn)2011年7月飛抵灶神星,歷經好幾個月近距離軌道觀測,取得了詳細資料,日前以3D模擬影片方式發表以下結論:灶神星是小行星主帶的第二大天體,特徵如下:鐵質地核,岩層,地表高低不平、變異度大,並且可能有磁場 – 所有的特徵均顯示,灶神星是一個正在成形中的行星,不是「小行星」。

下一站曙光號太空船將前往拜訪穀神星(Ceres),它是小行星主帶裡體積最大的天體,8月下旬曙光號便將離開灶神星軌道。灶神星和穀神星同為原行星,不過二者表面特徵恰好相反 – 灶神星表面具有遭隕石撞擊的特徵,狀似熔岩,穀神星卻有著像是被水冰沖刷過的一張含水量豐富的臉。

長久以來研究人員在理論上對灶神星具有的可能性假設,這回曙光號團隊終於一一加以證實:灶神星的存在,可回溯至太陽系最早的3億年左右。該計畫科學家表示:灶神星就像太陽系裡的一座時光機器,彷彿可讓我們遙望那些年,我們在太陽系托兒所裡的日子。

因為灶神星形成的時間非常、非常早,透過它我們就能了解當時情況的大致模樣。地球和月球既無法讓我們回到如此古早的過去,我們也無法從這兩個天體獲取到一些那麼早期的資訊。

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科學家從隕石證據已可得知太陽系的壽命大約有46億年左右 – 追溯這些隕石的故鄉,其中許多正是源自於灶神星。將月球取回的隕石加以分析,最早只能回溯到約30億年前左右,早於這個時期的月面地質證據,在「重轟炸期間」都已被煙滅;不過,灶神星顯然很幸運地逃過了這場劫難。

不過,未受到重轟炸襲擊,卻並非意味著這寬達530公里的天體表面毫無坑洞,從曙光號所回傳的影像中可見到雙重撞擊的隕石坑–似乎在大盆地裡,還有小盆地。 研究人員相信,地球上有2組的隕石來源,可能正是來自於灶神星撞擊盆地的飛濺碎片。隕石資料中並且找得到與灶神星兩次撞擊事件時間相符合的證據。

在撞擊盆地周圍,曙光號還發現了環狀特徵,這現象可能和灶神星的鐵核相關。

至於為什麼灶神星始終未能成功地「轉大人」- 變成一顆行星?這個問題,科學家認為,當巨行星形成時,周圍的小型天體軌道會受擾動,譬如灶神星就是;因此,將矛頭指向木星,就可以得到解釋。

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那個景況就像有一支湯匙在鍋子裡攪動,它攪動了小行星帶也導致小行星彼此相撞。如果沒有木星,單單是一顆小行星自己平穩而緩慢的在軌道上轉動,在這種情況下,它們會聚集質量並且能越變越大。但要是有木星在場的情況下,這根湯匙在鍋子裡攪動,小行星就會彼此互撞,並且撞擊帶來分裂,以至於該區域內會沒有任何一顆小行星能夠變大、反而是大家都是越變越小。灶神星也遭受激烈撞擊,但和其他小天體不一樣的是,灶神星並沒有完全被摧毀– 它僥倖地生存了下來。

目前在小行星當中,科學家還沒發現有第二個像灶神星這樣的案例。(Lauren 譯)

資料來源:中研院天文網[2012.05.23]

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