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機車為何不該在過彎時煞車?用「合力圓」算給你看

車輛中心ARTC_96
・2018/02/23 ・1715字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 546 ・八年級

  • 文/黃嘉聖│ 財團法人車輛研究測試中心技術服務處

機車急煞的危險性

source:airforcelive

跨上機車,除了轉動油門虎嘯風馳,遨遊在車水馬龍的道路上時,騎士難免會受到人、車、物等道路上的外在因素,而進行減速煞車的動作。尤其在遇到危急狀況時,總是直覺地用力拉下煞車拉桿,希望可以將機車盡快停下來,不過輪胎的抓地力有限,如果直接施加過大的煞車力道會造成輪胎鎖死,加上一般機車設計為兩輪,如果其中一輪鎖死甚至兩輪都鎖死,機車將難以控制,很容易失去平衡摔倒而發生意外。

機車在直線道路上行駛遇到危急狀況時,輪胎可以承受的煞車力道相對比在彎道上行駛要大得許多,這是因為輪胎與地面之間的抓地力,除了要提供給車輛行駛時加減速的縱向力,也需要提供給車輛在過彎(轉向)時的橫向力,如果把車輛行駛時的縱向力跟橫向力相加,兩個力的合力最大值就可以畫成一個圓,在這個圓內看作是輪胎可利用的抓力地空間,在相同的道路條件下,只要施加的煞車力不超過圓的範圍,輪胎就不會鎖死,一旦超出圓外,輪胎就會發生鎖死打滑狀況。

過彎前減速,過彎時避免煞車

輪胎的合力圓。 圖/車輛中心提供

上圖為輪胎的合力圓(Kamm Circle),為了方便理解我們可以假設在一個條件下,輪胎的最大的抓地力是 10,也就是圖一中黃色圈的合力圓,機車如果要安全行駛在道路上,則其縱向力(因為加速/煞車)與橫向力(因為轉彎)相加起來的合力必須在 10 以下,一旦超過 10 就會造成輪胎鎖死或打滑,如果接近 10 代表著接近輪胎抓地力的極限,由於沒有多餘的抓力地,此時機車的操控會變得不穩定,就像是在懸崖邊行走一樣,只要一點點的多餘動作就可能超過 10,也就是造成機車的打滑或摔倒。

舉例來說,若機車直線行駛遇到危急狀況而緊急煞車,這時緊急煞車所使用的縱向力如果是 8,那機車還可以在騎士的操控下安全的停下來;但是如果這台機車正在轉彎,而過彎所需要的橫向力已經是7的話,在這過彎過程,如果施加煞車的縱向力是 8,因此時縱向力與橫向力合力已經超過 10 了,所以輪胎就會鎖死打滑,加上機車過彎帶有車身傾斜角度,而使得騎士與機車會直接摔倒而發生意外。

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因此,了解抓地力的合力圓就可知道,在彎道中盡量不要緊急煞車,否則很容易造成機車不穩定或輪胎鎖死打滑,為了避免在彎道中緊急煞車,就應該在過彎前確實完成減速,讓輪胎的抓地力充分用來過彎。

從輪胎的合力圓認知彎道中緊急煞車的風險,更可以進一步延伸機車在道路行駛時,緊急煞車跟閃避這兩個動作同時進行的高度風險,機車在閃避前方障礙物的動作與過彎類似,有時更是急轉彎的狀況,都會用去大部分的側向力,而緊急煞車會用去大部分的縱向力,所以不論是緊急煞車時閃避,或者是閃避時緊急煞車,有相當大的機會造成騎士操控的不穩定及輪胎鎖死或打滑,大幅增加摔倒的風險。

養成危險預測的習慣,隨時控制速度避免風險

或許有人會試問增進駕駛技術的方式應該可以操控補救吧?事實上一般用路人增進駕駛技術的機會及管道不多,且危險狀況發生時環境變因複雜,無法用單純的駕駛訓練環境對應,貫徹防禦駕駛的觀念了解交通環境人、車、路的特性,養成危險預測的習慣,提高危險預測的能力,也就是說行駛中隨時有速度控制的習慣與能力,並且認知危險的所在進而避開危險。

前方遇有轉彎車路口。 圖/車輛中心提供

以上圖為例,機車為直行車,看到前方有一部車準備左轉或企圖左轉,雖然在此種情境下,通常機車擁有優先路權,但以防禦駕駛的角度(學習保護自己的用路觀念),會建議機車遇到路口時提前鬆開油門並預做煞車準備,自然降低經過路口的速度也能提早因應周遭用路人的行為,避免該車搶快左轉而必須緊急煞車或緊急迴避,造成本文所講的問題,不讓自己陷入高風險的交通困境,自然而然安全行駛。

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本文出自財團法人車輛研究測試中心;原文標題《如何避免機車在彎道煞車時的不穩定危險》,如需轉載,歡迎與車輛中心聯繫。

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車輛中心ARTC_96
9 篇文章 ・ 3 位粉絲
財團法人車輛研究測試中心 (ARTC),江湖俗稱車測中心,但更希望大家能稱呼我們為「車輛中心」,因為我們不只做測試,我們也做創新研發;我們是由一群對車輛有著專業知識與熱情的工程師所組成,期望透過泛科學這個平台與大家分享各種車輛知識,讓大家更懂車。

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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

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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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為什麼機車白天還要開大燈呢?
車輛中心ARTC_96
・2018/02/26 ・1668字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 501 ・六年級

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  • 文/黃嘉聖│ 財團法人車輛研究測試中心技術服務處

白天開大燈的機車可不是誤開,而是有安全效果的。 圖/SplitShire @Pixabay

2017 年機車強制配備的「晝行燈」

不知您是否有發現,在路上行駛的汽機車多了些許亮點,遠遠的就能發現白色的燈?其實這是 2017 年交通部對於新型式機車所規定強制配備的晝行燈(Daytime Running Light, DRL,又稱為日行燈),新型式的小型汽車則會在今年強制配備。所謂晝行燈是指汽機車在電源開啟或引擎啟動後,車輛前方就會自動點亮的燈具。

或許會有個疑問,為什麼汽機車要強制安裝晝行燈呢?其實世界各國在個人交通工具的數量增長的狀況下,發生交通事故的數量也隨之升高,於是歐美等先進國家開始研究如何降低交通事故的發生率,尤其在降低日間行駛所發生的交通事故,晝行燈就是其中一項非常重要的因素,愛爾蘭道路交通局[1]的研究數據指出車輛使用晝行燈可以減少 15% 的死亡交通事故、10%的重傷事故、5% 的輕傷事故。

既然晝行燈可以降低交通事故發生率,但如果您的車輛是舊車型(可能沒有配備晝行燈),其實是可以在車輛發動後就將大燈開啟,其效用也等同於配備晝行燈。國外在尚未強制配備晝行燈時,也是大力推廣白天保持開啟大燈。在白天開大燈行車時,由於大燈與道路背景的差異對比提高了車輛的可被視性,也就是說更容易讓其他用路人發現該車輛的存在,而且由於光的照射特徵會讓其他用路人產生該車輛較近的感覺,進而保持較大的安全距離,可減少交通事故發生的機率。

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沒有晝行燈,就開大燈吧!

從機車防禦駕駛的層面來說,機車白天保持開大燈更是重要,因為機車體積小且只有兩輪,當其他用路人未與機車保持安全距離,或可能做出沒有考慮到機車的駕駛行為時,可能導致機車因此受到驚嚇做出急煞閃躲等反應動作 [2],將大大增加摔車風險。所以為了提升自身機車的能見度,保持開大燈是建議機車上路必備的動作,讓其他用路人更容易發現並注意到你(機車)。

機車保持開大燈被注意。 圖/車輛中心提供

如上圖的機車保持開大燈可以縮短其他用路人看到機車的時間落差,提早注意到機車的存在,有效縮短其他用路人的反應時間避免事故發生,機車在道路上與其他汽機車同方向行駛時,在對方後視鏡出現的光點可以第一時間反應後方有台機車,進而在路口轉彎或者是汽車在路邊開啟車門時考慮到後方機車的存在;當機車進入較小的道路或巷弄內時,保持開啟大燈更可以提醒對向迎面而來的汽機車,或是行人、自行車等注意到您的出現,尤其是平時較少車輛進出的狹小路段,只要一個光點就能提醒對方提早因應您的動態,避免因為沒注意、一個不小心的動作發生意外。

機車保持開大燈可以縮短其他用路人看到機車的時間落差,提早注意到機車的存在。 圖/free-photo @Pixabay

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天色或能見度不佳請開啟大燈,這是一般人知道的安全觀念,但事實上遇到天色或能見度不佳時,很多人都會忘了開燈。保持開大燈能在陰暗的雨天或者晨昏能見度不佳時,或是夏日突然的午後雷陣雨造成的視線不良,提供一層忘了開大燈的保護作用。為了提升自身安全,建議用路時充分發揮防禦駕駛的用路精神,也就是「認知危險、預測危險、避開危險」的用路態度,認知視線不佳的危險、預測其他用路人可能看不見的危險、避開他人可能疏忽或不小心所引發的事故危險。

注解:

  1. Ireland Road Safety Authority, DAYTIME RUNNING LIGHTS Public Consultation
  2. 機車防禦駕駛──如何避免機車在彎道煞車時的不穩定危險

本文出自財團法人車輛研究測試中心;原文標題《機車族自保 保持開大燈讓你被注意》,如需轉載,歡迎與車輛中心聯繫。

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車輛中心ARTC_96
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財團法人車輛研究測試中心 (ARTC),江湖俗稱車測中心,但更希望大家能稱呼我們為「車輛中心」,因為我們不只做測試,我們也做創新研發;我們是由一群對車輛有著專業知識與熱情的工程師所組成,期望透過泛科學這個平台與大家分享各種車輛知識,讓大家更懂車。