《經度法案》開啟航海不迷航的新紀元 │ 科學史上的今天：07/08

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！

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）。

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？

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。

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。

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。

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）。

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！

第一張世界地圖

本書的主題，是現存十六世紀地圖中最教人讚嘆的一張——亦即諾曼製圖師皮耶．迪塞利耶（Pierre Desceliers）為呈獻給法蘭西國王亨利二世（Henry II），而在一五五○年製作的世界地圖。

這張地圖由四張羊皮紙拼成，圖幅驚人，達 135 × 215  公分（4 呎 5 吋× 7 呎 1 吋），以精緻的筆法手繪而成。圖上不僅有城市、君王、異族、動物、船隻與海怪的圖案，還有二十六大段說明文字，內容似乎是專為這張地圖而寫的。這張地圖引人入勝之處，在於其精美，在於其不下於民族誌的插圖，更在於其（一如當時的其他諾曼地圖）對於假設性的巨大南方大陸所做的描繪——有些人認為，圖上的南方大陸透露出歐洲人對澳大利亞的「早期發現」，早於傳統上以威廉．楊頌（Willem Janszoon）在一六○六年發現澳洲的看法。

本書不僅首度以全彩、全幅方式帶來該地圖的複製圖，更是頭一遭以此圖為題所做的系統性研究，探討其繪製圖像的出處、地圖如何製作，同時還提供圖上長篇說明文字的完整謄寫與譯文。我希望，本書的研究不僅能呈現這張一五五○年地圖的細節、該圖與其他十六世紀地圖的關係，更能使我們對皮耶．迪塞利耶的手法、偏好，甚至是他的藏書有所了解，畢竟我們對此人仍知之甚微。

航海圖的起源

迪塞利耶的一五五○年世界地圖，是以實際用於地中海海域與東大西洋的航海圖作為製圖架構。這一類航海圖（又稱港灣關係圖〔portolanchart〕）起源不明，但帕特里克．古提耶．德契（Patrick Gautier Dalché）曾表示雖然現存最早的海圖出自十三世紀晚期，但海圖早在一二○○年便已問世，他的說法也深具說服力。

海圖通常畫在獸皮上，圖中呈現地中海與鄰近地區，西起愛爾蘭，東至聖地耶路撒冷，北起北歐，南至北非。海圖非常著重海岸特色，岸邊的地名以垂直於海岸線的方式書寫，內陸的地理細節則少之又少。圖上畫的不是經、緯度格線，而是方位線構成的網。方位線從節點往基本方位發散出去，各節點則圍繞海圖中心，呈環狀排列。

方位線具備的領航功能並不清楚，很可能是藉由指出羅盤方位，幫助制定航線。製作這類海圖的重鎮，是下列地中海港口城市（以興起的順序排列）：威尼斯、熱那亞、馬約卡的帕爾瑪（Palmade Mallorca）、安科納（Ancona），以及後起之秀墨西拿（Messina）和馬賽。

海圖的各種用途

未經裝飾的海圖是讓人在船上使用的。由於飽經摧殘，這種海圖通常都用不久。但在純粹的海圖之外，製圖師也為顧客提供程度不一的插圖，而這類裝飾性元素若非出於製圖師本人之手，就是由製圖作坊中專司插圖的畫家所繪。可資選購的裝飾圖案包括城市、旗幟（藉此點出控制城鎮的政治勢力）、羅經花，以及山川、樹木、君王、動物和船隻的圖案。顧客還能選添圖說，用來描述圖上各地不同的風土人情。這種海圖更為精緻，因此也更為昂貴——添飾豐富的地圖有可能比實用版的海圖貴上十倍，其用途不在航海，而是供王室與貴族蒐藏、展示之用（見下圖 ）。

到了十四與十五世紀，有人試著拓展海圖體系，將圖上呈現的空間推向已知（或部分已知）世界的邊緣。一三七五年的加泰隆尼亞地圖集（Catalan Atlas）是現存裝飾最精美的航海圖之一，其描繪的不光是東大西洋、歐洲與北非，還畫了中東與整個亞洲，直至亞洲大陸的東端。至於製作時間約為一四六○年的加泰隆尼亞埃斯特地圖（Catalan-Estense map），圖面上除了歐亞兩洲的全貌之外，連整個非洲都畫了進去。

這些地圖顯然有著混和的特質：圖上有些區域的地理資訊出自航海圖傳統，而該處的海岸就會有密密麻麻的地名；但在其他區域，也就是地理資訊採自馬可．波羅（Marco Polo）等人的旅行記述、海岸線乃出於推測之處，海岸地區就不會有大量的地名。此類進階版的十四、十五世紀海圖少有實例——它們是權貴的珍玩，想當然耳也少有人製作。

地圖再進階：加入經緯度

大約在十五世紀中葉，製圖師開始作實驗，將當時新的地理發現與另一種製圖素材——克勞狄烏斯．托勒密（Claudius Ptolemy）的《地理學指南》（Geography）融為一爐。西元二世紀，亞歷山卓學者托勒密寫了這本《地理學指南》，根據經緯度來劃分空間；拜占庭學者馬克西莫斯．普蘭努德斯在一三○○年前後重新找到這部著作，旋即在十四世紀初將之譯為拉丁文。

有些十五世紀中葉的《地理學指南》手稿不僅收錄了托勒密的地圖，還加入當代的地圖，更新托勒密一書的資訊；某些手稿中的地圖甚至涵蓋了托勒密當時不曉得的地區，但也仍然沿用托勒密的經緯度體系。一四九一年前後，人在佛羅倫斯就業的日耳曼製圖師恩里克斯．馬爾特盧斯（Henricus Martellus），便將當時有關非洲南部與亞洲東部的新知識，
與建立在托勒密架構的地圖合而為一。馬爾特盧斯根據托勒密體系繪製的掛牆地圖有複本傳世，大小為 122 × 201 公分（4 呎× 6 呎 7 吋）。

一五○七年，日耳曼製圖師馬丁．瓦爾特澤穆勒（Martin Waldseemüller）遵循馬爾特盧斯的模式，把更廣大的地表納入托勒密架構——包括新大陸，並且將地圖印在十二大張的紙上，拼合後達 128 × 233 公分（4 呎 2 吋× 7 呎 8吋）。

正當此時，其他的製圖師則將新的地理發現加入「進階版」的海圖；事實證明，這種作法在十六世紀大受歡迎。一五○○年，西班牙航海家兼製圖師胡安．德．拉．科薩（Juan de la Cosa，他曾在哥倫布首度橫渡大西洋時與之同行）創造了這麼一種海圖——圖上畫了當時仍流於推測的新大陸輪廓，南向延伸涵蓋了整個非洲，並向東推進，只差亞洲東海岸沒畫。這張手繪地圖相當精緻，大小為 93 × 183 公分（3 呎 1 吋× 6呎）。

圖中所繪的地表遠比傳統海圖遼闊，製圖師還加上一點托勒密經緯度體系的元素——赤道與北回歸線，好方便觀者領會地圖上畫的土地位於地球的哪個位置。到了一五○二年，費拉拉公爵埃爾科萊．埃斯特（Ercole d’Este, Duke of Ferrara）手下的間諜阿爾貝爾托．坎蒂諾（AlbertoCantino）將一張手繪世界地圖從葡萄牙偷渡到義大利，地圖的範圍東起
新大陸東海岸，直至亞洲東海岸，圖上的南方海洋也比胡安．德．拉．科薩的地圖更為廣大。

該圖長寬為 105 × 220 公分（3 呎 5 吋× 7 呎 3 吋），提供的內陸地理細節不多（不僅漏掉了非洲的尼羅河，亞洲大部分地區也留白），美術裝飾水準中下，但緯度資訊多於胡安．德．拉．科薩的地圖，畫出了赤道、北回歸線、南回歸線與北極圈。

• 本文接續下一篇：一切都從海圖開始！大型手繪地圖的演變與商機——《獻給國王的世界》下

——本文摘自《獻給國王的世界：十六世紀製圖師眼中的地理大發現》，2019 年 2 月，麥田出版。

「以古為鏡，可以知興替。」如果能在過去、現在兩點拉出一條直線的話，未來的趨勢也有機會在我們掌握之中；當我們遇到困難時可以透過過往的經驗，幫助我們下判斷。這就是歷史的重要性！同樣的，歷史的脈絡可以幫助我們學習科學，而且還有機會發現科學家並不是我們想像中的神聖不可侵。2015 年 12 月 22 日在胖地台北，泛科學的專欄作者張瑞棋帶著《科學史上的今天》，和我們分享科學家背後鮮為人知的小故事。

「從小到大，科學家在我們心中非常偉大，無論是哥白尼的日心說，或者證明地心引力作用一樣的伽利略。這些科學家閃耀著光芒，直到越讀越多書後才發現，光芒的背後其實存在著陰影。這些科學家們的陰影來自信仰、權威以及性別。」

信仰

普遍認為哥白尼的日心說之所以不被認可，是因為宗教的打壓。然而另一種觀點是由於哥白尼認為上帝創造的宇宙應該存在著完美對稱的幾何關係，也就是軌道應該是圓形的！但這會和他觀察到的天文現象不吻合，因此與其說日心說的發表示因為教會的壓力，其實哥白尼本身的執迷才是造成學說延宕的原因。又比如提出滅絕說的居唯葉，他認為物種會因為某些災難而滅絕，另一方面在創世後仍物種繼續被創造。由於他深信聖經的創世論，甚至抨擊達爾文的演化論，導致演化論的發展備受阻礙。

權威

除了信仰外，有時候科學家利用自身權威、堅持己見，抑制別派學說，亦會影響科學的發展。你能想像西元十六世紀，醫生們拿著的解剖經典是出自於西元二世紀的蓋倫，且內容漏洞百出嗎？蓋倫是根據其動物解剖的經驗來推斷人體的內部構造，當然和人體的構造有很大的出入。但許多人不改抵抗權威，使得錯誤流傳千年。直到維薩留斯的出現，人體的結構才終於被了解。維薩留斯憑藉著大量的人體解剖經驗，推翻了多年來的理論，加上他有美術的長才，得以將知識快速的更新、傳播。

另一個為人所知的例子是牛頓及萊布尼茲。在微積分發展上，英國推崇地位較高的牛頓提出的流數，而非萊布尼茲的微積分，這導致英國的數學研究落後其他歐陸國家。最後一個權威造成的悲劇，讓許多產婦賠上了性命。十九世紀，醫生塞默維斯發現由醫院接生的產婦死亡率遠遠高出了由助產士接生的。他推測原因是醫學系的學生在解剖完大體後沒有清潔，而將細菌帶給產婦。然而其他高傲的醫生們認為：醫生怎麼可能害人呢？而摒棄了塞默維斯的想法。

性別

女性在科學界受到的打壓也不少：在代數領域有傑出成就的埃米諾特，竟因其性別而無法擔任大學教授；華生看了羅莎琳．佛蘭克林的 DNA  X 光繞射圖片，終於發現了 DNA 的雙螺旋結構，並以此得到了諾貝爾獎。雖然華生得獎的時候佛蘭克林已過世，然而我們可以想像，在當時的社會氛圍下，即便她在世，女性科學家的得獎機率仍然很低；發現脈衝星的喬瑟琳貝爾其成就在天文界有目共睹，然而諾貝爾物理獎的獎座是被指導教授赫維許拿走；吳健雄透過實驗證實宇稱不守恆，但最後是理論學家楊振寧及李政道是拿到了諾貝爾物理獎。

有些時候科學家對抗的不是來自外界的輿論、權威，反對的力量反而是來自科學界：牛頓打壓虎克及萊布尼茲；愛迪生堅持使用直流電系統，並利用交流電椅製造世人對交流電的恐懼，藉此反對特斯拉的交流電系統；發明氫彈的泰勒對前主管歐本海默落井下石，聲稱歐本海默對美國不忠……

我想呈現的不只是科學家的榮耀，還有其與常人無異的一面

跟著《科學史上的今天》的腳步，我們可以發現科學家或許只在智力上比一般人高超，但其品性仍和常人一樣：他們也會忌妒、也會排擠別人、也會為了得到權力耍手段。如果大家能用平等的角度認識科學家，去了解理論後的時代背景，那學科學就不再只是背公式和定理，而是和一段段生命故事相遇的奇幻旅程。