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?
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)。
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。
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。
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:
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)。
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!
討論功能關閉中。
端午節時,幼兒園大班的晴晴跟著爸爸媽媽回阿嬤家過節,晴晴興奮地跟阿嬤分享前幾天在學校聽的故事「紅盒子裡的祕密」,但是,最近開始出現重聽情況的阿嬤,常常聽不清楚或聽錯,不是說「啥?什麼?」,不然就是把「驢子爺爺」聽成「吳爺爺」。於是,晴晴不自覺地愈講愈大聲,希望能讓阿嬤聽清楚,當阿嬤還是聽得霧煞煞,晴晴只好更大聲!最後,大聲到爸爸從廚房跑出來罵晴晴:「怎麼可以對阿嬤講話這麼大聲、太沒禮貌了!」晴晴委屈地哭了起來……
大家應該都有碰過被身旁的人提醒跟這位長者說話要大聲一點的經驗吧?根據世界衛生組織的數據[1],60 歲以上高齡人口中,約有 1/4 的人患有足以造成生活障礙的聽力損失(disabling hearing loss)。然而,說話大聲一點,真的可以讓重聽的年長者聽得比較清楚嗎?一般來說,嗓門特別小的人,或是原本用悄悄話的方式在說話,這時提高到一般音量應該會有用。然而,若是一般音量的情況下,大聲說話、甚至大吼大叫,其實是不怎麼管用,更可能會有反效果的[2]。這樣違反直覺的情況,是什麼緣故造成的呢?
一般直覺上會認為,既然重聽或有聽力損失,就是講大聲一點應該就能聽得到了,不是嗎?事實上,由於「語音組成」及「聽力損失特性」這兩大因素,會使得加大音量卻反而有聽不「清楚」語音的問題。
然而,在解釋上述兩大因素之前,必須先釐清聽得「到」不一定聽得「清楚」。大家應該都有這樣的經驗,在有噪音或距離較遠的情境下,例如在廚房洗碗時,家人在客廳說話,我們會聽「到」家人在說話的聲音、也可能聽到大致的內容或是部份內容,但卻沒辦法聽「清楚」完整的內容、或是有聽錯的情況。而重聽或聽力損失的情況也很類似,因為聽力損失有不同的程度,一般年長者的重聽不會是完全聽不到的情形,因此老人家常會說「我都有聽到啊!是你講話不清楚。」
那麼,當音量變大、卻反而「聽不清楚」,到底是什麼原因造成的呢?一般來說,聽不清楚的通常是指語音當中的聲母(子音)無法被完整地傳遞與接收。回想一下,小時候在學注音符號時,拼音時寫在上面的就是聲母(子音)、下面的則是韻母(母音)。圖二以「沙」(/ㄕㄚ/)為例,可以看出子音/sh/(聲母/ㄕ/,但只有氣音的部份)的部份音量小,且集中在高頻帶,而母音/a/(韻母/ㄚ/)的部份則是音量大,且相對集中在較低頻的區塊。然而,當我們試著說大聲一點,也就是把音量放大時,無論我們怎麼嘗試,都只能放大母音部份的音量[3],子音部份的音量都還是很小。甚至,我們可以試試看只針對子音的部份(如/sh/, /s/, /t/等音)「大叫」,會發現根本沒有辦法做到。
然而,在語音中音量較小的子音才是主要提供清晰度的來源[3,4],曾有研究發現,若將語音中子音主要所在的高頻帶(1000 Hz 以上)去除掉之後,語音清晰度只剩不到 40%;反之,若將母音主要所在的低頻帶(500 Hz 以下)去除,語音清晰度仍有 95%[4]。試試看,若將一句話當中的子音都省略掉,那麼「他今天去上班」就會變成「阿因煙玉ㄤˋ安」,會變得非常非常難以理解。
大多數老年性的聽力損失是屬於高頻聽損[5],也就是在較高頻率的部份比較聽不清楚。這個類型的聽損者,就常會有前面所提到的感受:「我都有聽到,但我就是聽不清楚、沒有辦法理解內容!」而如果本文一開始提到的晴晴,因為阿嬤聽不清楚而愈說愈大聲時,卻如同前述,語音當中只有阿嬤原本就聽得到的母音部份變大聲了,但應該是要帶來語音清晰度的子音卻沒有辦法同樣變大聲。即使說話者不斷把音量加大,原本是希望能讓對方聽清楚,豈料適得其反,讓子音和母音之間的音量差距更大,更加劇了不清晰的問題,造成了愈大聲反而愈聽不清楚的矛盾現象。
那麼,要如何才能讓重聽的長輩,或是聽力損失者能夠聽得清楚呢?如果對生活溝通已經造成困擾,應該要尋求專業耳科醫師和聽力師的協助,嘗試配戴設定適當的助聽器。助聽器的功能不只是放大聲音,還具備了「音量壓縮」的科技[6],讓小聲的聲音放大較多、大聲音量的聲音放大少一些。若套上前述子音和母音相對音量的概念,那就是能讓較小聲、原本聽不清楚的子音變得清楚,提高語音的清晰度。不過,配戴助聽器會需要一段時間的適應,同時也需要和聽力師討論生活上聆聽的需求,才能找到最適合自己的設定。並不是到藥局隨意買一副助聽器,以為戴上就能解決聆聽的所有困難喔!
除了配戴助聽器之外,溝通策略[1,7]的運用也很有幫助註1。從前面的解釋已經了解到,大吼大叫對聽損者理解語音不但沒有幫助,甚至會有反效果。所以在語音本身上面,可以調整的部份不在音量,而是速度和發音清楚。因此,用一般的音量、語速稍微放慢、發音清楚一點但保持自然,這幾個小撇步可以幫助聽損者聽清楚。同時也可試著換句話說,或是搭配手勢動作來幫助理解。
其他還有一些策略,包括先取得聽損者的注意力,讓他知道您在跟他說話,避免環境噪音或多人同時說話,這些方法可讓聽損者專注在要聽取的語音訊息上,並減少干擾。此外,建議環境的光線要充足,並可稍微靠近聽損者、讓他能看清楚您的臉部,這麼做可讓聽損者獲取臉部表情和口形等線索,幫助解讀語音訊息的內容,即便聽損者不一定有練過讀唇,但口形線索確實會有幫助,您可以留意看看在很吵雜時,若能看到說話者的臉及口形(當對方沒有戴口罩)時,會比較容易聽清楚。
相信若是晴晴運用了上面所提到的這些溝通策略,不但可以快樂地跟阿嬤分享在學校發生的事,享受愉快的祖孫親情時光,也不會被爸爸罵對阿嬤沒禮貌了喔!
註1 :欲了解更多溝通策略,可參考雅文基金會「聽損溝通小學堂」和「微聽損網站-聽說策略」。
討論功能關閉中。
本文轉載自食藥好文網
聽覺是兒童接觸外在聲音世界、學習口語語言的基礎,聽得到且聽得清楚,孩子的語言及認知表現才有機會適齡發展,因此一旦確認有聽力損失,就有助聽器的使用需求。不過,當醫生判斷孩子有聽力損失後,父母心中都想知道:有沒有吃藥、手術或其它方式,來治療聽力問題?又或是戴上助聽器後,就能讓孩子的聽力恢復嗎?要解答這兩個問題,我們必須先了解聲音的傳遞方式。
耳朵是接收聲音的管道,分成外耳、中耳、內耳,隨後透過聽覺神經將聲音訊號傳遞至大腦解讀,任何一個區域出了差錯就有可能造成聽力損失。
外耳及中耳問題會造成「傳導性聽損」,例如:小耳症、耳道閉鎖、中耳積水、聽小骨硬化或斷裂等;這類聽損有醫療治癒的機會,但若治療的時機未到或期程過久,仍將耽誤孩童的聽語學習,因此可能需要階段性使用助聽器。內耳及聽神經問題會造成「感覺神經性聽損」,例如:毛細胞損傷、基因遺傳導致的細胞功能變異、神經細小等;這類聽損至今仍不可逆,也占先天性聽損的多數,需要終生使用助聽器或其它聽覺輔具。
「工欲善其事,必先利其器。」要讓受損的耳朵重拾聽覺,要先了解助聽器的來歷。 助聽器顧名思義是幫助聽力的器具,如果說任何能把聲音有效傳進耳內的工具都是助聽器,那 17 世紀所誕生像漏斗、號角般的「耳朵喇叭(Ear trumpet)」就開啟了助聽器的時代篇章 [2]。不過這樣單純依靠聲學作放大的音量勢必有限,18 世紀末出現了以碳形成磁場,能有效提高音量的「碳助聽器」,同時引進不同頻率的聽力損失應有不同放大量的概念,隨後更歷經以「真空管」提供電力、以「電晶體」減少耗電及縮小外觀尺寸的時代。
到了 19 世紀末,助聽器開始「數位化」處理,與過往類比式不同,數位式助聽器在麥克風收音時,便將聲音轉成 0/1 的數位訊號,透過處理器分析、過濾和放大這些聲音,以此達成方向性接收語音、降低噪音、消除回饋音(漏音)等功能,最後再把 0/1 的數位訊號解碼化回聲波,傳遞至耳朵內。
多數情況下,戴助聽器跟戴眼鏡不一樣,無法一戴就好,原因除了助聽器硬體的外部限制,如麥克風收音的品質與距離影響,人耳的生理也有內部限制。對少數「傳導性聽損」者而言,聽力損失相對單純,只要聲音的「音量」被放大還原,克服了外耳或中耳的阻礙,就能有正常的聆聽潛力,然而多數「感覺神經性聽損」者,損失的不單是音量,尚有對高低音「頻率」的差異分辨,如此當說話語音與環境噪音的頻率太過相近時,大腦很難將語音從噪音中抽離;以及對聲音「時間序列」的解析力降低,因為大聲音(或比較重的音節)會遮蔽緊跟其前後的小聲音,加上生活中的語音及噪音忽大忽小,大腦很難在交錯的聲音中鎖定目標語音 [3]。
以視覺做比擬,音量損失就像字體變小了,語音變得不易看見;頻率解析度下降就像字形變模糊了,讓本來就看起來相仿的字變得更混淆;而時間序列解析度下降就像比較大的字會凸顯而掩蓋前後比較小的字,或字跟字會有重疊情形,讓整句話變得不完整。
現代助聽器有許多進階功能,如頻率降轉技術 [4]、噪音消除技術,能協助濾化聲音,幫助聽損者更好接收到目標音,但無法從本質上根治感覺神經性聽損敏銳度低的問題,因此助聽器是以矯正聽力損失、利用殘餘聽力為目的,有賴後續聽能復健訓練以最大化助聽器的使用成效。
國內經衛生福利部核准的助聽器醫療器材超過 180 種,各家廠牌的設計訴求不一,若家長在為孩子選購助聽器時陷入苦思,不妨先依序檢視下述原則:
傳導方式 | 適用對象 | 注意事項 |
氣導助聽器 | 因為能夠達成左右分耳、分頻率的矯正,為所有耳部具支撐力的聽損者之優先選項 | 外型款式(如耳掛型、耳道接收器型、耳內型)除了要考量固定性,也會影響助聽器最大可支應的聽損程度,因此需依評估結果與聽力師討論。 擴音範圍與喇叭的輸出大小有關,應該視聽力穩定性預留調整空間,但音量輸出最大的幾款同時會使頻率響應的範圍變窄或不平順,造成音質差異,因此大小適當為佳。 |
傳導方式 | 適用對象 | 注意事項 |
骨導助聽器 | 小耳症及耳道閉鎖者 聽力常變化的傳導性聽損者 內耳聽力在輕度聽損以內的混合性聽損者 | 配戴側:左右各有麥克風收音才能貼近人耳真實的聆聽感受,因此雙耳聽損仍要以雙耳配戴為佳。 刺激側:雖然內耳的骨頭是左右相連,在正常傳導機制下,聲音會傳至兩側;但若兩側的內耳聽力有落差,又或兩側的傳導性聽損阻礙程度不同,聲音仍會以優耳感受。 |
傳導方式 | 適用對象 | 注意事項 |
雙對側傳聲型助聽器 (BiCROS) | 單側不具殘餘聽力的聽力不對稱性聽損者 | 需雙耳配戴,但會將聲音無線傳輸至優耳聆聽,即捨棄刺激劣耳聽神經。 |
聽損者的聽力在不同聲音頻率間,多有不同的感知受損程度,助聽器要達成分頻率地矯正,有賴於可調整的「壓縮頻道」,頻道數的多寡也常反應在助聽器的等級與價格,但越多的壓縮頻道不一定會聽得越好。對於聽力圖屬於平坦型,即高低頻的聽損程度相近者,擁有 6 個壓縮頻道就足以達成理想的語音辨識清晰度;對於聽力圖屬於極陡降型,即高低頻聽力可能橫跨輕度至重度聽損範圍的人,提高壓縮頻道至 18 個才有改善語音聆聽清晰度的顯著意義 [5]。此外要留意,若您的孩子適用政府輔具費用補助資格,壓縮頻道在 6 個以上就能符合〈身心障礙者輔具費用補助基準表-進階型助聽器〉的頻道數要求,該「進階型」的意義與市面上廠商所定義「入門款、基本款、高階款」等不相同。
接著,承前述助聽器與人耳的限制,助聽器需要與「無線傳輸系統」相容,不論是搭配各助聽器廠牌自有的藍牙麥克風,亦或是搭配現今教育部針對聽覺障礙學生提供之遠端麥克風系統(舊稱調頻系統)[6],才能讓孩子在具有複雜聲音環境的學習場域聽得清楚,克服與老師間的距離、周遭的噪音回音等影響,減輕長時聆聽的疲勞。
因為兒童還無法完善表達自身需求,要確認使用助聽器效果時,除了家長的日常觀察,下述的客觀檢測不可少,包含「聲場矯正後聽力圖」用以確認孩子最小可以接收到的音量有無改善;「語詞辨識測驗」用以確認孩子在不同聆聽情境(如安靜環境下的遠距離說話音量、及吵雜環境下的一般說話音量)皆能聽得清楚;「真耳或耦合器量測」用以確認助聽器的處方公式設定與輸出音量相符,並確認最大輸出音量,避免過度擴音造成傷害。「聲電分析」用以確認助聽器的效能(如增益量、內部噪音量、聲音失真率等)隨時間可能衰減後是否仍在容忍值。
然而,不同聽損程度或助聽器的配戴經驗會影響驗證的細節,因此在購買助聽器之前,記得向聽力師了解這些檢測的理想目標、同樣能達成目標的其它選項有何差異、目標未達成時可努力的方向,以此兼顧助聽器的購買成本及使用效果。
看起來助聽科技很厲害,但別忘了,助聽器不是治療聽損的萬靈丹,聽覺大腦的路徑具有神經可塑性,需要透過正確配戴輔具,來增進聽損者對聲音的感知 [7]。對語言及認知能力還在發展階段的兒童來說,養成全日配戴的習慣、培養良好的傾聽技巧 [8]、學習聲音與意義的連結,是擁有適齡發展的要素。此外,你可以想像即便是聽力正常人,在聆聽環境複雜的時候,不總能聽得如此清晰,也需要依靠上下文解讀、請他人重述,或轉換環境做聆聽等,因此,「聽能復健訓練」是從建立核心的聽能技巧開始,擴展到語言及認知能力的促進,再到有效溝通策略的練習,是最佳化輔具成效所不可或缺的步驟。