傅科擺（西元1851年）

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！

• 文／張之傑

日本位於東九時區，時間比我們早一小時，所以飛機降落東京，第一個動作就是將手錶撥快一小時。

我們 4 月 20 日在橫濱上船，當晚離開橫濱。23 日，《船內新聞》發佈調整時差的消息：「今晚臨睡前，或即將進入深夜 12 點時，請將手錶、時鐘調慢一小時。」這意味著我們進入東八時區了。

時區的劃分——和地球自轉有關，但各國不一定遵守

由於地球自轉，不同經度的國家，日出、日落的時間不同，這就是時差。在農業社會，世界各地各自訂定自己的時間。十九世紀隨著長途鐵路運輸的發展，有人提議劃分時區。1883 年，美國鐵路部門正式將美國東岸到西岸劃分為五個時區。1884 年召開的華盛頓國際經度會議，通過時區劃分，從此有了時區。

時區怎麼劃分呢？以通過英國格林威治天文台的經線（本初子午線）為零度，向東為東經，向西為西經，東西經於 180 度相遇。劃分時區時，從經線零度向東或向西，每十五度為一個時區，亦即相差一小時。從經線零度到 180 度，跨越十二個時區。我們台灣位於東八區，就是經線零度以東的第八個時區。

我們搭乘的郵輪 4 月 23 日抵達香港，30 日晨抵達新加坡，根據《船內新聞》，當天日出時間為 6 時 51 分，日出得好晚啊。查看新加坡所在的時區，位於東七區，可是我們並沒調慢一小時啊！5 月 2 日晨，抵達檳城，日出時間為 7 時 06 分，更晚了，依然沒調時間。這是怎麼回事？

原來各國的時間，並不一定遵照時區。舉例來說，中國大陸跨越五個時區，但全國都以北京時間（東八區）為準。新加坡位於東七區，馬來西亞也有一部份位於東七區，卻與北京時間一致。從世界時區圖來看，類似的情形還真不少呢。

缺了一天的報紙——跨過換日線，日子居然會憑空消失？

5 月 2 日夜晚 9 時許離開檳城。5 月 3 日《船內新聞》標頭下有一反白專欄：｢時差調整日」，今夜 12 時，將時鐘調慢一小時。早餐時桌上也放著提醒調整時差的標示。這是離開日本後第二次調整時差。由於一路往西，此後不時收到調整時差的通知。6 月 7 日船到紐約（位於西五區）時，已和台北時間（東八區）相差了整整十二個小時。

6 月 19 日，通過巴拿馬運河進入太平洋。27 日抵達復活節島。6 月 7 日抵達大溪地。一再調整時差自不在話下。7 月 10 日，《船內新聞》標頭下有一反白專欄：「因為跨越換日線，明日的日期將變更為 12 日。」11 日平空消失了！

這消失了的一天還有個小插曲。環球之旅 8 月 1 日結束，7 月 31 日整理《船內新聞》，預備返台後釘成一冊，怎麼找都找不到 7 月 11 日的。當我們找遍每一處可能的地方時，才猛然想起來，7 月 11 日因跨越換日線而消失了嘛，哪來的這天的《船內新聞》！

我們從東一路往西，所以跨越國際換日線增加一日。如果從西一路往東呢？跨越國際換日線就會減少一日。世界名著《環遊世界八十天》的最後翻盤，就是因為他們一路往東，跨越換日線時減少了一天。如果您沒看過這部世界名著，就讓我簡單的介紹一下吧。

一路向東，最終完成一場賭注：《環遊世界八十天》

英國有位名叫福克的紳士，家境富有，為某俱樂部會員。福克以兩萬英鎊與俱樂部同仁打賭，可在八十天內環遊世界，於是帶著法籍僕人帕斯巴德踏上征途。主僕二人從倫敦啟程，七天後到達蘇伊士運河，遇到英國刑警費克斯。費克斯認為福克與倫敦的一宗銀行劫案有關，於是緊隨福克主僕，並試圖阻撓他們的行程。

接著他們以十三天時間來到孟買，搭火車前往加爾各達，鐵路中斷了一段，福克買了一頭大象，穿越叢林時救出被迫殉夫的王妃娥妲。福克一行再次搭上火車，到達加爾各達全程耗時五天。從加爾各達啟航，十三天後到達香港。

費克斯見拘捕令遲遲未到，於是在碼頭附近酒館將帕斯巴德灌醉，並讓他吸鴉片，致使帕斯巴德昏睡三小時後，迷迷糊糊地被抬上船，因而未能通知主人船隻提早啟航的事。福克只好雇了艘快艇送他到上海，輾轉到了橫濱，花了他六天時間。

在日本，福克和帕斯巴德重逢，兩人帶著娥妲繼續上路，利用二十二天到達舊金山，再轉乘火車前往紐約。途中遇到野牛群擋路、印地安人搶劫火車，和印地安人槍戰時，帕斯巴德被俘。等到救出帕斯巴德，火車已經開走，只好雇用風帆雪橇，在雪原上又遇到狼群。一共花了七天才到達紐約。

然而從紐約到英國的船已開船，福克毅然搭上一艘開往法國波爾多的船，並強迫船主將船駛向利物浦。渡過英吉利海峽，抵達利物浦，卻被費克斯逮捕，扣押幾個小時後證實無罪開釋。

從利物浦搭火車回到倫敦，發覺已經超過時限，這時帕斯巴德卻發現他們提早一天回到倫敦，因為他們一路往東，越過國際換日線減少了一天。福克娶娥妲為妻，並贏得兩萬英鎊。

如果天空少了月亮？文學家應該會很難過，音樂家會少了創作的題材，沒有中秋節就少了月餅，也沒有烤肉。不過夜晚少了一個大光害，天文學家絕對會很高興！

如果沒有月亮，阿姆斯壯和另外 11 名阿波羅太空人也就無法登陸月球。人類少了探索月球的寶貴經驗，要直接踏上其他行星表面（例如火星），難度會高許多，甚至變得不可能！

沒有月亮就沒有月全食，哥倫布回不了家

月食是月球進入地球影子的現象，如果少了月球，月食自然不會發生。月全食發生時，月亮會變成紅色，血紅色的月全食看起來相當怪異，不知所以的人會心生恐懼，以為發生不好的事。

哥倫布一生中從歐洲航行到美洲四次，最後一次差點回不了歐洲，還好哥倫布的天文知識，讓他們順利回到歐洲。

這個故事發生在 1503 年 6 月 30 日，哥倫布抵達牙買加。牙買加的原住民一開始很歡迎歐洲來的客人，不過六個月後，哥倫布的水手跟原住民之間出現衝突，原住民不再提供食物給哥倫布一行人。少了食物的補給，哥倫布和他的水手可能會被困在牙買加，無法順利返回歐洲。

哥倫布從天文日曆上知道當地在 1504 年 2 月 29 日會發生月全食，所以他在月全食發生前就警告原住民，如果原住民再不提供食物，天上的神會生氣，把月亮變成紅色。

一開始半信半疑的原住民，看到天上的月亮變成紅色後，嚇得趕緊請哥倫布轉告天神，他們會再提供食物給哥倫布。哥倫布一行人就在月亮的神助攻下，解除危機。

沒有月亮，潮汐變小

地球上的潮起潮落主要是月球繞地球運行造成的，一般的情況下，各地的兩次潮汐週期會等於兩次月球東昇的時間間隔。

太陽也會影響地球的潮汐，不過對地球的潮汐力只有月球的 46%。如果沒有月球的話，造成地球潮起潮落就只剩下太陽，滿潮和乾潮的幅度就會變小。

月球對地球產生的潮汐，會讓地球愈轉愈慢。數十億年前，地球剛形成時，地球自轉的速度比現在快許多。因為月球的潮汐力，讓地球自轉的速度，漸漸變慢，慢到現在的一天 24 小時。如果沒有月球，地球的一天（自轉一天的時間）可能不到十小時！

少了月亮，地球左搖右晃

月球就像是走鋼索的人手上握的平衡桿，讓地球自轉軸保持穩定。如果少了月球這個平衡桿，地球自轉軸左搖右晃的幅度就會變大！

目前地球自轉軸相對於公轉平面的傾斜角是 23.4 度，這個傾角的變化幅度不大，大約在 22.1 度和 24.5 度之間。這樣傾角讓太陽直射地球的位置在北回歸線和南回歸線間移動，讓地球出現四季變化。

如果沒有月球，地球的自轉軸變動的幅度就會變大，自轉軸的變動會對我們有什麼樣的影響？假設兩個極端的例子，地球的自轉軸傾角是 0 度和 90 度。

如果地球傾角是 0度，太陽永遠直射赤道，地球上不會有北回和南回歸線，地球不再有四季變化。

如果地球傾角是 90 度，太陽直射的區域會從北極到南極，也就是北回歸線位在北緯 90 度（也就是北極點），而南回歸線在南緯 90 度（南極點）。這種情況下，地球四季變化會非常劇烈，北半球夏天時，北極不會結冰，溫度比現在還高，南半球冰凍的區域比現在還大，這種極端氣候絕對不利現在地球上生物的生存。

月球替地球擋下的那些子彈

用望遠鏡看月球，會發現月球上有許多坑洞，這些坑洞幾乎都是隕石撞擊後形成的隕石坑，表示月球在早期受到許多的撞擊。如果少了月球擋下這些隕石，這些隕石可能就會撞上地球。

隕石撞擊對地球的影響很大。6600 萬年前，一顆 10 公里左右的隕石撞擊地球，造成恐龍滅絕。恐龍滅絕後，哺乳類才能興起，人類才有機會出現在地球上。

那些沒有被月球擋下的隕石，如果撞上地球，可能會改變地球物種的演化，人類說不定就不會出現在地球！

最後，沒有月亮最大的好處，可能是不再有星期一！英文字 Monday 這個字是從月亮 Moon 來的，沒有月亮Moon 就不會有 Monday。沒有 Monday，就不再有憂鬱星期一（Monday blue）了！（鴕鳥心態無誤）

傅科（Jean Bernard Léon Foucault，西元1819年～西元1868年）

戴維斯（Harold T. Davis）說：「擺的運動，不是因為外來超自然或神祕力量，只不過是擺錘下方的地球正在轉動而已。但它又不像看起來的那麼簡單，因為一直到了1851年，傅科才第一次以實驗證明了這個解釋。很少有簡單的事實會拖這麼久才被發現⋯⋯而這也證明了慘遭火刑的布魯諾與受盡折磨的伽利略都是無辜的。地球真的在轉動！」

1851年，法國物理學家傅柯在萬神殿，一座位於巴黎的新古典圓頂建築中展示了他的實驗。一顆南瓜大小的鐵球懸掛在67公尺的鋼纜上。當擺錘擺動時，它的擺盪平面會逐漸地改變，以每小時11度的速率順時鐘旋轉，證明了地球確實在轉動。現在讓我們想像把萬神殿搬到北極。此時當擺錘擺動時，其振盪平面不受地球運動的影響，只有地球單純地在擺的下方旋轉。因此在北極時，擺的振盪平面會以順時針方向每24小時旋轉360度。擺的振盪平面的轉動速率與緯度有關，在赤道上，振盪平面不變。而在巴黎，擺的振盪平面旋轉一圈所需的時間大約是32.7小時。

當然，早在1851年之前，科學家就已經知道地球會自轉，但是傅科擺（Foucault’s Pendulum）提供了一個非常簡單而生動的證明。傅科這樣形容他所設計的擺：「事情就這樣安靜的發生，但它不可抗拒，也無法停止⋯⋯來到這個擺面前的人，在安靜地停留一會後，都帶著沉思的表情默然離去，然而他已深刻地體會到，我們正在太空中永無止境地移動著。」

傅科早年修習的是醫學，但後來發現自己怕血，於是轉而研究物理。

摘自《物理之書》，由時報出版。