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《赤兔馬看不到的車尾燈––王植電信》————2019數感盃/國中組專題報導類銅獎

數感實驗室_96
・2019/05/21 ・2287字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 477 ・五年級

數感盃青少年寫作競賽」提供國中、高中職學生在培養數學素養後,一個絕佳的發揮舞台。本競賽鼓勵學生跨領域學習,運用數學知識,培養及展現邏輯思考與文字撰寫的能力,盼提升臺灣青少年科普寫作的風氣以及對數學的興趣。
本文為 2019數感盃青少年寫作競賽 / 國中組專題報導類銅獎之作品,為盡量完整呈現學生之作品樣貌,本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

  • 作者:何忻曄、朱詠恩/龍門國中

故事背景

圖/wikimedia

話說劉關張三兄弟今年手牽手去看屏東燈會時,關羽一時被主燈「巨鮪來富」美得目瞪口呆撒了手,與兄弟們被沖散了,說巧不巧被曹操出現收留了他,雖說關羽素來不齒曹操喜歡有人一聊到他就從背後出現偷聽,又舞文弄墨裝文青的為人,但是因為「傳說對決」總是扯兄弟後腿,劉備不給他的手機易付卡辦吃到飽,無奈只好暫時寄人籬下……。

有一天,孫乾帶來劉備在袁紹陣營的消息,關羽大喜,二話不說立馬奪門而出,但偏偏悠遊卡被曹操沒收,只好夜奔而出,奈何關羽是個路痴、赤兔馬有夜盲症,中原又都是曹操的耳目,四野茫茫,四處奔走的關羽為了怕他們用 IG 跟曹操通風報信,迫不得已只好在經過洛陽時右手斬了孟坦、左手順便劈了韓福,無三不成禮的又在汜水關送了卞喜去跟孟坦、韓福作伴,眼見下一個會遇到的就是韓福的親家王植,誰知,王植玩「第五人格」玩通宵,數學段考又考糟,結果被媽媽沒收了手機,此時,王植要如何才能在前面幾個人命殞後別再成為關羽的刀下亡魂呢?究竟是快馬的糾葛,還是飛鴿的安排呢?讓我們繼續看下去……。

探討過程

一、洛陽到滎陽的距離

話說三國時代的洛陽位於河南省洛陽市,滎陽關則是在今滎陽城東北。兩地直線距離約 90 公里,若是走現今道路,約 100 公里。

二、關羽一行人的速度

關羽當時帶著兩位嫂嫂和貼身侍衛,騎著赤兔馬,兩位嫂嫂乘馬車,加上步行的貼身侍衛,帶著一堆拖油瓶,速度肯定不會太快,所以「落跑」速度每小時約 4~5 公里,一天 24 小時,扣掉睡眠時間 7 個小時,再扣掉三餐時間(3小時)共 10 個小時,行軍時間14個小時,4~5 公里乘上 14 個小時,一天大約可以走 56~70 公里。所以約要一天半(36 hr,含睡眠、三餐)的時間才能跟王植「battle」。

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三、傳訊息的方法、速度

王植接收訊息的方法可能有以下幾種:

1.快馬加鞭

馬匹狂奔的速度約是 48km/hr,最多可連續跑 30 公里,一天為 24 小時,若 6:00 出發馬跑了 30 公里後 30km÷48km/hr=0.625hr=37.5min是 6:37,這時馬要休息 30 分鐘,7:07 重新出發,再跑 30 公里,是 7:44,休息半小時,8:14出發,30公里後是8:51,休息30分鐘,9:21開始最後的10公里,10km÷48km/hr≒12min,9:33 到達目的地,總共是 3小時33分鐘=3.55小時。

2.八百里加急

根據《大堂六典》唐朝總共有 1839 個驛站,每 20 里(10 公里)有一驛站,按照唐朝政府規定,要求馬一天為 180 里(90 公里),最快須達到 500 里(250 公里),清朝時有 1785 個驛站,若公文上註明「馬上飛遞」規定一日 300 里(150 公里)最快可以達到一日 800 里(400公里)若以唐朝時代的速度來看,在這 100 公里的路途中有十個驛站,若以馬狂奔的速度來算 48km/hr,10 (km))÷ 時間48 (km/hr)馬從一驛站跑到另一驛站的時間為12.5 分鐘,共有十個驛站,就是 2 小時 5 分鐘≒ 2.1 小時。

3.飛鴿傳書

據《開元天寶遺事‧傳書鴿》記載「張九齡少年時家養群鴿,每與親知書信往來,只以書系鴿足上,依所寄之處飛往投之。九齡目之為『飛奴』。」可見唐朝已明確記載有飛鴿傳書的事實,雖漢朝沒有飛鴿傳書的記載,只有傳說故事,但若以唐朝的方式來看,據《三國志》:「夏四月,公北救延。紹騎將文醜與劉備將五六千騎前後至……。時騎不滿六百,遂縱兵擊,大破之,斬醜、良。醜、良皆紹名將也,再戰,悉禽,紹軍大震。公還軍官渡。紹進保陽武。關羽亡歸劉備。」由此可知,關羽在斬文醜之後,投奔劉備時,估計是夏天,洛陽及滎陽均位於河南省,處華北地區,夏季吹的是東南風,風向及風速的表格如下:

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滎陽位於洛陽的東北方,在夏天時為順風,信鴿的平均速度為 48km/hr,48km/hr+2.3km/hr(風速)=50.3km/hr,位於空中沒有路況的問題,兩地的直線距離為 90 公里,90km÷50.3km/hr=1.79hr ,約為 1 小時 47 分即可到達,但飛鴿傳書是利用鴿子返家能力傳遞訊息,所以只能朝同一方向飛行,若飛鴿傳書要成功,也要韓福及王植有信鴿來往才行。

後話

三種傳訊方式及關羽一行人速度如下:

客倌們,說了半天,其實隨便用哪一種方式都有辦法比關羽赤兔法拉利快(千望別讓關羽知道他的千萬超跑跑不過一隻鳥,到時候他的臉就不只氣到紅了),若要說能逃過一劫,讓媽寶王植有最多的時間來準備的,眼下看來就是放他「鴿子」一途。

話說如果那時有諸葛亮的木牛流馬超跑車,那速度就更快了,裝了 ETC,走現今的高速公路,115 公里中,其中 22.4 公里是我們上學走的一般道路,93.6 公里為高速公路,若怕被開罰單,乖乖依照中國政府規定,普通道路速限 70 公里,就以最快的速度 70km/1hr來算,為 0.32小時(19.2分鐘) 中國高速公路速限 120 公里,以 120km/1hr來算,93.6km÷120km/hr=0.78hr 約為46分鐘,約是 1 小時 5 分鐘。可惜那時沒有跑車,即使有,你說喜歡裝神弄鬼的小器鬼諸葛亮會不會借他呢?但,那又是另一個故事了。

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更多2019數感盃青少年寫作競賽內容,歡迎參考 2019數感盃特輯、數感實驗室官網粉絲頁喔。

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文章難易度
數感實驗室_96
76 篇文章 ・ 50 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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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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