Loading [MathJax]/extensions/tex2jax.js

0

0
0

文字

分享

0
0
0

【成語科學】雨過天青:天空為什麼是藍色的?傍晚的橘紅色天空又是怎麼形成的?

張之傑_96
・2023/10/06 ・1183字 ・閱讀時間約 2 分鐘

下過雨後,天空藍得透明。這個自然現象,衍生出成語雨過天青,比喻情況由壞轉好。雨過天晴也有同樣的意思,不過仍以雨過天青較為正式。閒話少說,讓我們造兩個句吧。

這事挽救及時,現已雨過天青。

雨過天青,您的事可以放心了。

下過雨後,天空藍得透明。圖/pixabay

這個成語還有個故事呢。有一種瓷器,稱為雨過天青,起源於五代‧後周柴世宗。某日臣子請示,皇家瓷器要燒成什麼顏色?柴世宗隨手批示:「雨過天青雲破處,這般顏色作將來。」工匠經過多次實驗,終於燒製出來,這就是有名的「柴窯」。由於沒有作品傳世,柴窯的真面目已無從查考。

談到這裡,該談談這個成語的意涵了。大雨過後,天空為什麼藍得透明?這是因為空氣中的灰塵隨著雨下降下,空氣較為潔淨的關係。喜歡打破沙鍋問到底的小朋友或許還會問:為什麼空氣潔淨、天就較藍?

這要從天空為什麼呈藍色說起。空氣的成份,主要是氮氣和氧氣。晴天的時候,射到地球上的陽光碰到空氣中的氮分子或氧分子,會引起散射作用。藍光的波長較紅光短,散射得較厲害,看在我們眼裡,天空就成為藍色的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
藍光的波長較紅光短,散射得較厲害,看在我們眼裡,天空就成為藍色的。圖/pixabay

這個道理看起來好像很簡單,但是人類明白這個道理是 19 世紀末的事。1873 年,英國物理學家瑞利是第一位看天看出名堂的人。他的散射理論——瑞利散射,破解了天色的秘密。

在陽光的七種色光中,紅、橙、黃光的波長較長,藍、靛、紫光的波長較短。空氣中的氧分子、氮分子,大小恰好可以散射波長較短的藍光,藍光散了一天,天空當然呈藍色的。

到了傍晚,夕陽西下,陽光打斜裡射過來,較接近地面,而地面的空氣含有較多的水氣和灰塵,粒子比氧分子、氮分子大得多,較容易散射波長較長的紅光、橙光或黃光,艷麗的晚霞就是這樣散射出來的。

陽光打斜裡射過來,而地面的空氣含有較多的水氣和灰塵,較容易散射波長較長的紅光、橙光或黃光。圖/pixabay

如果天上懸浮著小水滴,也就是雲,那又是另一種景象。小水滴比灰塵大得多,各種波長的色光都能被它散射,結果雲就成為白色的。如果雲層較厚較密,陽光穿不過去,就變成了灰色或黑色。白雲蒼狗,不過是陽光玩的把戲而已!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

當雲聚成雨滴的時候,顆粒就更大了,大得具有稜鏡的作用。倘若一邊已出太陽,一邊還在下雨,陽光穿過雨滴,就會形成彩虹。噴泉和瀑布上也可以出現彩虹,原理是一樣的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
張之傑_96
107 篇文章 ・ 224 位粉絲
張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
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!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
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)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
【成語科學】聞雞起舞:勤奮背後的生理時鐘
張之傑_96
・2025/07/05 ・1494字 ・閱讀時間約 3 分鐘

晉朝分為西晉和東晉兩個階段。西晉末期,二十來歲的祖逖和劉琨,在京城洛陽當個小官,兩人是很要好的朋友。當時內憂外患不斷,兩人都有大志,一心報效國家。

祖逖和劉琨經常住在一起,天將亮時,一聽到雞叫聲,就起來舞劍,希望能文能武。這就是成語「聞雞起舞」的由來。因此聞雞起舞,比喻勤奮向上、努力不懈。

晉朝祖逖劉琨聞雞鳴,共舞劍,立志勤奮。後世也以聞雞起舞,形容一個人勤奮、努力不懈。圖 / unsplash

西元 311 年,匈奴人攻入洛陽,北方大亂。317 年,琅琊王司馬睿(晉元帝)在建康(今南京)即位,史稱東晉。在這之前,史稱西晉。當北方陷入混亂時,祖逖率領一批人南下,輔佐晉元帝,封為鎮西將軍。劉琨留在北方抗擊異族,做到都督。兩人都發揮了各自的文韜武略。

談到這裡,該造兩個句了:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

我們要有光明的前程,就要學習聞雞起舞的精神,勤奮學習。

他天一亮,就起來鍛鍊身體,這種聞雞起舞的精神令人欽佩。

接下去要談談這個成語的科學意涵了。公雞之所以在破曉時啼叫,主要是「生物鐘」的關係。生物的生長和作息,都有一定的規律,這就是生物鐘。譬如牽牛花都是早上開花,蟋蟀傍晚後才會鳴叫,類似的例子不勝枚舉。

公雞呢?脊椎動物的大腦與小腦間,有個內分泌器官,叫做松果腺。晝行性動物,到了晚上松果腺會分泌褪黑激素,讓動物安然入睡。天亮時受到光線的刺激,褪黑激素分泌減少,動物就會醒來。公雞對光線的變化特別敏感,破曉時的微弱光線變化,也會讓牠醒過來,昂首啼叫。人們聽到公雞叫聲,就知道天要亮了。

公雞的大腦裡有松果腺,能感受破曉的微光變化,天一亮就減少褪黑激素分泌,牠便會醒過來,昂首啼叫。圖 / unsplash

公雞一般在天剛亮時啼叫,夏天在四、五點鐘,冬天在五、六點鐘。在沒有鐘錶的時代,公雞報曉是人們的重要時間指標。章老師小時候家裡沒有鐘錶,主要靠公雞啼叫,和固定時間前來叫賣的小販吆喝聲,知道大概是什麼時候了。

那麼,公雞醒來為什麼啼叫?雞是一種群居性動物,每個群體由一隻強壯威武的公雞當領袖。啼叫主要是宣示領域,也就是告訴其他雞群,這個地盤是我的,你們不要進來。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

因此,破曉時一隻公雞啼叫,附近的公雞就會跟著啼叫,都是宣示領域的意思。既然公雞啼叫是一種領域行為,所以公雞白天也會啼叫。小朋友,你到動物園的兒童動物區遊玩,聽過大白天公雞啼叫嗎?

寫到這裡,還有點空間,順便介紹另一個成語——擊楫中流。祖逖率軍北伐,渡過長江,船到中流時,他慷慨激昂的擊打著船槳,立誓恢復中原。這個成語用來比喻:成就一件事的決心和激情。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
【成語科學】老馬識途:馬的記憶力好嗎?
張之傑_96
・2025/06/28 ・1305字 ・閱讀時間約 2 分鐘

一段來自春秋戰國的故事

介紹這個成語,先要簡單談談周朝的歷史。

周武王建立的周朝,傳到周幽王,已是第 12 代。周幽王寵愛褒姒,做了不少糊塗事,弄得國家亡了,自己被殺。繼位的周平王,把國都從鎬京(今西安)遷到雒邑(今洛陽),史稱東周。遷都以前,史稱西周。

東周分為兩個階段,前期稱為「春秋」,後期稱為「戰國」。春秋時,周王仍有天下共主的名義,但已不能號令各諸侯國,於是北方邊疆民族開始騷擾中原。齊桓公在大政治家管仲的輔佐下,提出「尊王攘夷」(尊崇周王,排除夷狄)的口號,藉以號令其他諸侯國,成為春秋時期的第一位霸主。齊桓公之後,還有四位霸主,史稱春秋五霸。

成語「老馬識途」,出自於齊桓公與管仲的故事。圖 / wikimedia

齊桓公提出的尊王攘夷,不只是個口號,還付諸行動。西元前 663 年,北方的孤竹國入侵燕國。燕國向齊國求援,齊桓公親自率軍出征。去的時候是春季,打敗孤竹國時已是冬季,從春暖花開到地上積雪,由於景物變化太大,以致找不到去時的道路。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

大家正在不知所措的時候,管仲對齊桓公說:「主公不要憂慮,據說老馬認識走過的路,讓我們試試吧。」於是挑選了幾匹老馬,讓牠們在前面行走,軍隊跟在後面,果然找到去時的道路。這個故事就是成語老馬識途的出典,記載在《韓非子》這本書上。

 因此,老馬識途的含意,比喻有經驗的人對事情較為熟悉。說到這裡,循例造兩個句吧。

 要不是他老馬識途,我們進入這片森林,肯定迷路。

你老馬識途,這次前往小琉球旅行,就由你帶隊吧。

短期記憶差,長期記憶卻超強

談到這裡,該談談老馬識途的科學意涵了。馬的短期記憶很差,只能維持十幾秒,因此馴馬時,馬犯了錯懲罰牠,可能早已忘記剛才做了什麼。然而,馬的長期記憶卻好得出奇,甚至比人類還要好。馬一旦學會某件事,就會永遠記得。實驗證明,馬可以在十幾年後,仍記得和牠相處過的人呢。

馬的短期記憶力雖然很差,但長期記憶力卻十分驚人。圖 / pixabay

因此馬曾經經常走某一條路,牠是會牢記不忘的。不過由於馬的短期記憶不佳,所以先決條件是:要走過許多次才行。以管仲讓老馬帶路的例子來說,那些老馬肯定曾經在這一帶來來往往。章老師猜想,管仲挑選的幾匹老馬,或許是當地的老馬,而不是從齊國帶去的老馬。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

馬的長期記憶力好,還有個故事可以證明。唐代宮廷訓練馬匹跳舞,稱為「舞馬」。西元 755 年,爆發「安史之亂」,叛軍攻陷長安,叛軍首領安祿山看過舞馬表演,擄去數十匹。安史之亂結束後,這批舞馬被唐軍接收,把牠們當成一般戰馬飼養。有一天軍中宴會,鼓樂聲響起,舞馬習慣性地隨著節拍跳舞,指揮官以為是馬怪,命令士兵鞭打,牠們仍然跳個不停,最後竟然被打死了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。