橡膠子彈，最致命的「非致命武器」

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！

這幾天香港佔領中環行動，相信許多香港的朋友應該「前不見真普選，後不見民主改革。念天地之悠悠，愴然而涕下。」咦？不對，真正令人痛哭流涕的應該是警察為了驅散群眾而發射的催淚彈。

催淚史

催淚氣體開始廣泛用來對抗人類，是在第一次世界大戰前後（科技始終來自於人性）。在大戰爆發前，1912年法國已經將溴乙酸乙脂（Ethyl bromoacetate）作為催淚氣體在用於警察勤務中 [1]。後來一戰爆發，在西部戰線伊珀爾（Ypres）防守的法軍，也將裝有溴乙酸乙脂的手榴彈用來對抗德軍。接著德軍積極投入研究，才讓催淚氣體在戰場上發揚光大 [2]。

第一次世界大戰之後，1925年的日內瓦協議（Geneva Protocol）禁止將具有窒息性、毒性的氣體、液體、物質，或者微生物應用於戰爭之中－當然，也包括了催淚氣體。不過協議是針對戰爭期間規範，是否能將催淚或是催吐（像是二苯胺氯胂）戰劑用在防暴行動，仍有不同的看法 [3]。也就是這樣，所以我們還是能在世界各地許多群眾行動中，看到警察使用催淚彈。

催淚彈組成

其實催淚彈的組成並不是全都是為了催淚，主要分三種目的：加溫、散佈、催淚。歷史最悠久的催淚成分有三種：溴化二甲苯（Xylyl bromide）、2-氯苯乙酮（Phenacyl chloride，簡稱CN）、鄰-氯代苯亞甲基丙二腈（2-chlorobenzalmalononitrile，簡稱CS），其中CN毒性最強，所以大多已經被CS取代用於鎮暴的催淚彈 [4]。除了CS，1962年意外被合成出來的CR（Dibenz[b,f][1,4]oxazepine）也有用於催淚彈；不過和CS不同，CS容易用水去除，但CR遇水反而會加劇作用，是比較危險的成分。

事實上，催淚的CS在常溫下是固體粉末。為了要讓CS能夠像氣體一樣散佈，就需要加入其他成分－像是容易揮發的二氯甲烷，讓它帶著CS擴散在空氣中。除此之外，高溫也有助於氣體散佈，所以催淚彈也會加入其他的化學物質來產生溫度，加速CS的擴散 [5.4]，這也是為什麼上街示威教學都會提到不要徒手撿起剛落地的催淚彈，很可能因此燙傷。

為什麼催淚彈既不黯然又不銷魂卻讓人兩淚交流？

雖然催淚彈已經存在近一世紀，不過科學家對於催淚的生化機制還是了解不多 [6]，當然也沒有接觸到催淚物質後立即有效的治療方式。

耶魯大學醫學院的藥理學家滕德（Sven-Eric Jordt）長期研究催淚物質，他在德國就學時曾參與反對核廢料的遊行，也在那場遊行中體驗到他的研究對象有多催淚 [7]。

滕德發現，催淚物質對於體表神經上的TRP離子通道（Transient Receptor Potential channels）來說是一種促進劑（agonist），當TRP離子通道接收到催淚物質，就會引發一連串的生理反應，像是疼痛、發炎、紅腫。他在2008年發表的研究中，基改實驗小鼠天生不具有TRPA1通道蛋白，和一般的小鼠相比，對於催淚物質的反應行為就沒這麼強烈；另外，研究團隊也成立利用兩種TRPA1的阻斷劑（antagonists）減少催淚物質引起的刺激，顯示TRPA1是其中一個催淚物質作用的通道蛋白 [6]。

不過TRPA1阻斷劑是否能夠應用在反催淚彈呢？滕德在接受《國家地理》採訪時提到：「很難說，理論上可以。」但他認為在接觸催淚彈之前使用阻斷劑很有風險，因為TRPA1引發的身體不適，為了就是讓我們知道有危險該遠離，假如使用了阻斷劑，很可能讓自己暴露在更高劑量的刺激物質下，更有風險導致化學灼傷 [7]。

要是輕看催淚彈就要落淚了

「催淚彈」這個字會被誤解成只有催淚的效果，但其實催淚物質刺激的是體表（是的！即使你戴了防毒面罩，但是穿著吊嘎遇上催淚彈還是會刺痛），只是像是眼、鼻、口這種有粘膜的部位更容易受到化學物質的刺激。催淚物質除了會讓人流淚、皮膚紅腫疼痛之外，還會刺激呼吸道，嚴重的時候可能會窒息。2011年，一位巴勒斯坦婦女就在一場抗議行動中，因為催淚氣體讓她無法呼吸而致死 [8]。稱這些鎮暴武器為「非致死性兵器」，反而會讓人掉以輕心（參考〈橡膠子彈，最致命的「非致命武器」〉。

接觸到催淚物質會不會對身體造成長期影響，或者永久性的傷害？「不知道」，畢竟接觸過催淚物質的人不多，很難有足夠的個案供科學家追蹤，但是滕德教授已經開始相關的研究。[9]

催淚彈在面前落下該…..？

跑吧。

如同前面提到的，目前沒有立即減緩刺激的方法。催淚彈在開放空間的作用有限，特別是有風的時候，很容易被吹散，所以遇到催淚彈，往新鮮空氣方向閃避才是上策。另外，即使被嗆到很難受也不要原地蹲下，因為常見的催淚物質CS比空氣重，會往下沉，蹲下只會接觸更多CS。 [5.5]

遠離催淚彈之後，盡可能換掉衣物，因為CS在常溫下是粉末，沾附在衣物上的CS會持續刺激皮膚 [5.5]，不過特別要注意的是不能接觸到含氯漂白配方的清潔劑，那會使CS反應成更具毒性的物質。此外，也要避免雙手接觸眼、口、鼻－沒錯，別揉眼睛，還有在擤鼻涕前也要先洗手，避免手上沾到CS又再次刺激粘膜。

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科宅我是沒遇過催淚彈，期盼這波香港佔中的朋友平安順利。

▼軍官入伍訓中的毒氣體驗就是用CS

http://youtu.be/O-LdXn7j6kc?t=41s

1. Ethyl bromoacetate — Wikipedia
2. Chemical weapons in World War I — Wikipedia
3. Geneva Protocol — Wikipedia
4. Phenacyl chloride — Wikipedia
5. How Tear Gas Works — How Stuff Works
   • 3. When Tear Gas Fails
   • 4. Methods of Dispersal
   • 5. So You’ve Been Tear Gassed …
6. Bessac, B. F., Sivula, M., von Hehn, C. A., Caceres, A. I., Escalera, J., & Jordt, S. E. (2009). Transient receptor potential ankyrin 1 antagonists block the noxious effects of toxic industrial isocyanates and tear gases. The FASEB Journal, 23(4), 1102-1114.
7. The Surprising History and Science of Tear Gas. National Geographic [June 12, 2013]
8. Israel investigates tear gas death of Palestinian protester. The Guardian [2 January 2011]
9. What Are the Long-Term Health Effects of Tear Gas? SoU [August 21, 2014 ]