國王的安全帽－隱形自行車安全帽

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！

你騎自行車時會戴安全帽嗎？

今年 4 月起日本新規上路，所有騎士不分年齡，騎自行車都必須戴上安全帽，自行車用品店安全帽的銷量直線上升，熱門產品更賣到缺貨。

台灣目前道路相關法規僅規定機車、電動（輔助）自行車要戴安全帽，一般沒有電力輔助的腳踏自行車，還未特別規定要戴安全帽。

自行車的安全帽到底防護效果如何，得要從設計看起；最近的新科技 MIPS 號稱能降低側撞與旋轉衝擊，什麼是旋轉衝擊？什麼是 MIPS 呢？

都柏林大學腦創傷模型

想要知道這樣摔、那樣摔會有什麼下場？這就需要用假人頭來分析；最著名的實驗模型就是「都柏林大學腦創傷模型」（University College Dublin Brain Trauma Model , UCDBTM）。

UCDBTM 最初發表在 2003 年，是使用男性屍體的腦袋進行「電腦斷層掃描」（computed tomography , CT）和「核磁共振」（magnetic resonance imaging , MRI），開發模擬頭部幾何形狀及頭內部壓力反應的模型，透過一系列屍體衝擊測試，進行參數調整，觀察不同衝擊對於大腦和腦脊液（CSF）體積和剪應力的影響。

在研究的 3D 有限元素模型（three-dimensional finite element model），以大約 2 萬 6 千個六面體元素，來代表頭皮、顱骨、軟腦膜、腦鐮、腦幕、腦脊髓液、灰質與白質、小腦以及腦幹，也就是整個頭部重要的組成都涵蓋進去了。

安全帽衝擊測試

2022 年 5 月在《Scientific Reports》上的一篇研究，團隊利用先前提到的 UCDBTM 假人頭模型試砸，目的是想了解頭部撞擊的旋轉加速度。為什麼要那麼在意旋轉衝擊？

在全球車禍直接撞擊造成腦部損傷的機率較小，相比之下，側撞和旋轉衝擊才是最可怕的傷害方式，這是因為人在車禍中會有自主閃避的反應；物理上來說，我們就是身處在移動中的慣性狀態，所以旋轉衝擊，特別是導致腦部受損和致命傷的主要原因。

而在這篇安全帽衝擊研究，團隊選了 3 種已上市的自行車安全帽 ，每種各買 4 頂來 PK，這三款安全帽分別是：

1. 一般有「貼合棘輪機制」、「EPS 保麗龍」內襯的自行車安全帽。為最常見的安全帽規格，而棘輪的位置在後腦杓，轉動可以調整鬆緊，讓安全帽貼合頭部不會任意鬆脫。
   
2. 採用「多向衝擊保護系統」（Multi-Directional Impact Protection System）簡稱 MIPS，MIPS 是一層安裝在安全帽內部的保護裝置，當頭部受到衝擊時，減震層可以提供 1 到 1.5 公分  多方向的移動空間，利用在安全帽內部滑動，緩衝側面撞擊或是旋轉所造成的作用力。
   
3. 安裝數個裝著低黏度無色「礦物油」的「熱塑性胺甲酸乙酯 TPU」囊袋，利用這些囊袋緩衝頭部衝擊。

戴著安全帽的假人頭依序被送上「單軌掉落支架系統」之後，再分別以每秒 6.5 公尺的衝擊速度（時速每小時 23 km）自由落體撞擊貼上 80 粒度（grit）砂紙、45 度角的鐵砧表面上，模擬自行車摔車時的高摩擦衝擊狀態。

以實驗的結果來說，作為對照組的【一號】安全帽表現整體來說比較差，雖然一號傳統安全帽在線型加速度控制能力，不輸【二號】，但【二號】與【三號】所加持的旋轉控制科技，表現明顯出色；【二號】的減震層和【三號】的礦物油囊袋，不僅降低了線性和旋轉加速度的峰值（最大值），還減少腦部灰質與白質所受的衝擊。顯然 MIPS 以及類似這類防側撞和旋轉衝擊的新科技，確實有明顯的保護效果。

科學證實戴帽更安全！

2018 年刊登在《事故分析與預防》期刊（Accident Analysis & Prevention）的薈萃分析研究，從 1989 年至 2017 年的 55 項研究，共 179 個效果估計；結果顯示，使用安全帽可將頭部損傷減少 48％，嚴重頭部損傷減少 60％，創傷性腦損傷減少 53％，面部損傷減少 23％，造成死亡或重傷的總數減少 34％。

總之，科學實證強烈建議騎自行車必須佩戴安全帽。

只是在台灣這種亞熱帶氣候，夏天悶熱考驗也是避不掉的，另外也有不少反對強制立法配戴安全帽的人表示，不想要在騎 Ubike 時被強制戴「共用」安全帽，覺得很不衛生。而且覺得強制規定戴安全帽，反而會降低大眾使用自行車替代汽機車的都市減碳目標。

回到開頭，日本新規已上路，所有騎士不分年齡，騎自行車都必須戴上安全帽，而台灣目前還只有機車、電動自行車要戴安全帽；台灣該跟上，還是維持現況呢？

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在臺灣被國寶級的藍鵲巴頭，是無上的榮耀；^[1] 但在澳洲遭喜鵲攻擊，卻是送醫的前奏。^[2] 每年 7 月到 11 月，^[2] 澳洲喜鵲的季節性暴力行為，以及當地居民的壯烈犧牲，總是貢獻不少素材給國際新聞版面。^{[3, 4]} 為確保筆者生命安全與本專欄的續存，以下整理了預防澳洲喜鵲襲擊的專業建議，順便跟將來有興趣赴澳旅遊、留學或打工度假的讀者分享。

澳洲喜鵲的攻擊行為

澳洲喜鵲（學名：Cracticus tibicen）是澳大利亞極為常見的鳥類，^[5] 平時待人親和，但一到繁殖季節，地域性就變得特別強烈。^[6] 鳥巢附近方圓 100 到 150 公尺內的自行車騎士，是最頻繁的攻擊目標；^[6] 其次為行人；再來則是跑者。 ^[7] 具侵略性的多為公鳥，且僅佔澳洲喜鵲總數的 9% ；^[2] 然 而每年仍有數以千計的人受害，其中近 15% 受傷，^[7] 包含少數被狠啄耳朵或眼睛。^[2] 2021 年澳洲全國有超過 5,300 例的相關通報案件。^[7] 媒體報導有一名 5 個月大的女嬰，從倉皇躲避的母親手裡墜落，最後死於頭部重傷。^{[4, 8]}

研究顯示喜鵲認得超過 100 張人臉，一般傾向把陌生人當作威脅。值得注意的是， COVID-19 疫情期間，澳洲鳥盟（BirdLife Australia）的專家 Sean Dooley ，擔心有些封城地區的防疫政策，會造成更多人類受害。因為澳洲喜鵲若是認不得戴口罩的熟面孔，或許會展開一視同仁的無差別攻擊。^[9]

「喜鵲警報」民營通報系統

2013 年的時候，一名騎自行車被澳洲喜鵲攻擊的網站工程師，察覺沒有全國性的通報系統，可以舉發喜鵲的惡行，便自行架設一個供大眾使用。^[7] 如今，他的「喜鵲警報」（Magpie Alert）網站，每年發佈統計數據，並成為博物館與媒體不時引用的資料來源。^{[4, 6, 7]} 若比較該網站近年的圖表，某幾州的攻擊次數，在 COVID-19 疫情期間的確有成長的趨勢。^[7] 然而，這到底是因為民眾戴口罩，或是網站愈來愈熱門，還是大家突然比較有時間上網通報，就不得而知了。

各種失敗的預防方法

澳洲有個非常厲害的單位，叫做「聯邦科學與工業研究組織」（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation，簡稱CSIRO），曾研發出 WiFi 、塑膠鈔票，還有連英國女王都用過的 Aerogard 防蚊液。^{[10, 11]} 2010 年的時候，某隻兇猛的澳洲喜鵲，搬到國立澳洲大學和 CSIRO 黑山園區之間的通道上。該喜鵲不顧先來後到，便鳩佔鵲巢，還唯恐別人侵門踏戶。牠居高臨下鳥瞰新居周圍的疆域，敏捷地驅逐任何過境者。讓 CSIRO 的科學家們逮到機會，進行了一個非正式的動物實驗。^[12]

興高采烈的幾位 CSIRO 科學家們自告奮勇，以千奇百怪的造型騎著自行車，接近這隻澳洲喜鵲；一邊再由同事錄下整個過程，作為是否遭受攻擊的證據。他們測試的重點以戴或不戴自行車安全帽，還有應該增添何種安全帽配件為主，例如：在上面黏假眼睛、綁毛根（絨毛鐵絲）或束線帶、綑上兩台攝影機、裝上假喜鵲、蓋上誇張的假髮，甚至完整露出灰髮稀疏的禿頭，期望喜鵲寬待長輩等。^[12]

雖然上述裝扮大多不具實質效果，純粹把騎士搞得像隻花俏的驚弓之鳥，其中倒是有幾個嘗試略顯成功：一是整頭真髮，不戴安全帽；二是在騎乘途中脫帽，暴露禿頭；三則是在安全帽外包上非洲捲假髮，以致完全看不到帽子。^[12] 總之，好像外表看起來沒有安全帽，反而能倖免於難；但要是假髮滑動影響騎士視線，或是倒楣發生車禍，頭部卻缺乏保護，那豈不是更加危險？

假如真的不幸碰上澳洲喜鵲攻擊，自行車騎士該做的就是下車，步行離開牠的勢力範圍，並用帽子、眼鏡和雨傘保護自己的頭部與眼睛。^[2] 不過千萬也別跑得太快或是反擊，否則會導致情勢惡化。^[6]

化敵為友

既然連國家級的智囊團介入都無效，難道人類就只能任憑澳洲喜鵲追著跑嗎？澳洲新英格蘭大學的動物行為學榮譽教授 Gisela Kaplan ，可不這麼覺得。根據 Kaplan 教授的說法， 80% 順利繁衍後代的澳洲喜鵲，住在人類社區，^[13] 牠們的平均壽命約在 25 到 30 歲之間。^{[6, 13]} 基於喜鵲擅長認人又有良好的記憶力，人類不妨近水樓台，化敵為友，跟牠們培養長期的親善關係。^[13]

友誼是雙向的。對人類來說，能保障人身安全，還有無須照顧的喜鵲陪玩，簡直比養寵物還划算。然而，牠們何必跟我們攀關係？針對這個問題， Kaplan 教授解釋，澳洲喜鵲有置產壓力，偏偏適合的育幼環境有限，造成嚴重的市場競爭。多數的喜鵲 5 歲以前，無法鞏固屬於自己的勢力範圍，而最終能成功繁衍後代的成鳥也僅佔 14% 。所以，與澳洲喜鵲交友的方法很簡單，完全沒有必要用食物利誘，光是當個人畜無害的鄰居，就別具吸引力。^[13]

一旦澳洲喜鵲認證您是位和平的人類，牠們可能會正式把自家的孩子介紹給您認識，允許牠們在周遭玩耍。此外，還會就近觀察您的一舉一動，並積極模仿。比方說， Kaplan 教授的喜鵲朋友，就曾趁她不注意，偷敲鍵盤，再看看螢幕上出現什麼結果；或是當她在院子裡除草時，於一旁跟著堆土。^[13] 人類與動物本來就不一定得相互敵對，如果哪天真遇上了澳洲喜鵲，不妨花點時間彼此瞭解，試著交個朋友吧！

1. 台灣藍鵲護巢巴學生頭 文大教授拍下精彩一刻（中央通訊社，2021）
2. Stay safe from swooping magpies (Queensland Government – Department of Environment and Science, 2021)
3. 澳洲「恐怖之鳥」今年傷人特別多 疑與口罩有關[影]（中央通訊社，2021）
4. Baby dies in Australia after magpie swooping attack (CNN, 2021)
5. Australian Magpie (BirdLife Australia, accessed in 2022)
6. Why do Magpies swoop? (Australian Museum, 2021)
7. Magpie Alert (Jon Clark, 2022)
8. Parents of baby girl who died after magpie attack thank community for ‘overwhelming kindness’ (ABC News, 2021)
9. Magpie-swooping season could be worse in Victoria this year as face masks confuse birds (The Guardian, 2020)
10. We Are CSIRO (CSIRO, 2022)
11. Aerogard (CSIROpedia, 2011)
12. You make me wanna swoop: dispelling magpie myths (CSIROscope, 2015)
13. Magpies can form friendships with people – here’s how (The Conversation, 2019)