1. Чому взагалі ці тести можна обдурити?
2. Що всередині ящика машини?
3. Правда - в коді

На що проходила не так давно в Гамбурзі конференції Chaos Communication Congress два IT-експерта - Фелікс Домке і Даніель Ланге (колишній глава відділу IT-стратегії в BMW) прочитали доповідь про те, в чому полягало і як було реалізовано шахрайство з результатами екологічних тестів дизельних автомобілів Volkswagen.

За останні кілька місяців на тему «Дізельгейта» в різних виданнях вийшла маса публікацій. Однак в більшості випадків вони не дозволяли зрозуміти, що ж насправді сталося: як саме працював обман і хто відповідальний за його реалізацію. Тому настільки цікаво подивитися на дослідження, проведене незалежними експертами, які спробували докопатися до істини.

Чому взагалі ці тести можна обдурити?

Найбільша проблема тестів на вміст вихлопу автомобілів полягає в тому, що вони завжди проводяться з використанням однієї зі стандартних штучних моделей. Наприклад, в Європі все тестується в так званому NEDC (New European Driving Cycle).

З чого складається цикл NEDC

Ця модель складається з декількох коротких циклів розгону-гальмування і одного довгого, з більш високими швидкостями. Перша частина зображує міський рух, друга - рух по шосе. У реальному житті ніхто так не їздить, і вже абсолютно точно ніхто не їздить саме так.

Однак для тестів завжди використовується одна і та ж модель, і інженери в автомобільних компаніях можуть застосовувати ті чи інші трюки, щоб поліпшити результати. Чому вони так роблять? Все дуже просто: тому що це дешевше, ніж реально щось покращувати. А якщо у великій корпорації є можливість зробити щось більш дешевим способом, то вона обов'язково вибере саме його - просто так працює бізнес.

«Шахрайство в цих тестах - звична справа, - розповідає Даніель Ланге. - Які трюки використовують інженери, щоб поліпшити показники? Наприклад, вони піднімають тиск в шинах на три атмосфери вище, ніж їх накачують в реальному житті. Шина практично не мнеться навіть під вагою автомобіля, пляма контакту з поверхнею стає мінімальним, і це дозволяє знизити втрати на тертя ».

Як автовиробники занижують витрата палива і кількість шкідливих викидів

«Вони додають дизель в моторне масло, що знову-таки дозволяє знизити тертя. Вони прибирають бічне дзеркало на стороні пасажира, оскільки у вимогах не прописано, що воно повинно там бути. Це дозволяє знизити опір повітря. Вони заклеюють скотчем всі щілини, щоб повітря краще обтікав кузов автомобіля, і тим самим знову-таки знижують опір. І всі ці речі або вважаються нормальними, або знаходяться десь на кордоні прийнятності. І вони роблять це - ось так насправді проводяться екологічні тести », - розповідає Ланге.

Викиди NOx в тесті NEDC і в альтернативному циклі ADAC

Результат усіх подібних трюків дуже простий: виміряні величини не мають практично нічого спільного з тим, що відбувається в реальному житті. І про це чудово знає вся автоіндустрія. Можливо, всі виробники використовують точно такі ж програмні трюки, які використовував Volkswagen. наприклад, 15 років тому BMW попалася на використанні дуже схожого шахрайства в одній з моделей мотоциклів.

Мотоцикл BMW в реальності викидає в повітря в 34 рази більше CO, ніж при тестуванні

Але як саме працюють такі програмні фокуси? Щоб це зрозуміти, нам доведеться приділити деякий час дослідженню того, як працюють електронні системи автомобілів.

Що всередині ящика машини?

Електронний пристрій, безпосередньо відповідає за все, що відбувається з двигуном автомобіля, в тому числі і з його вихлопною системою, називається Engine Control Unit (ECU). У Росії цю штуку нерідко називають «мізками», і, мабуть, досить влучно - це дійсно складне і критичне для роботи автомобіля пристрій.

Автомобільні компанії самі не виробляють ECU, вони закуповують їх у інших корпорацій, які спеціалізуються на подібній електроніці. Виробників ECU не так багато, і якщо говорити про Німеччину, то лідером ринку, безумовно, є Bosch.

Прошивка ECU також завжди розробляється не автомобільною компанією, а виробником цієї непростої електроніки. І оскільки це дуже важливий пристрій, код прошивки завжди перевіряється і перевіряється максимально ретельно.

Ланге каже: «Робота цієї штуки постійно симулюється і тестується, до втрати пульсу. Тому що це дійсно вкрай важливо. Тому що код управляє машиною потужністю 200 кінських сил, і якщо щось піде не так, то все це може вибухнути, і вибухнути дуже потужно. Так що прошивка ECU - це один з найбільш ретельно протестованих шматків коду, які ви коли-небудь зустрінете ».

Автомобільні компанії не мають можливості змінювати прошивку ECU самі. У той же час однакові або дуже схожі ECU можуть використовуватися різними автовиробниками в самих різних моделях автомобілів і двигунів. І для того щоб ECU були сумісні з різними машинами, прошивка повинна бути настроюється. Для цього виробники ECU використовують змінні, які автовиробники ставлять так, щоб пристрій правильно працювало з тією чи іншою моделлю автомобіля.

Наприклад, в прошивці Bosch EDC17C46, однією з моделей ECU, що використовувалися в автомобілях, які брали участь в «Дізельгейте», таких змінних близько 20 тис. Якби цю купу повзунків і перемикачів можна було якимось чином матеріалізувати, це безумовно був би самий великий пульт управління в світі.

ECU: виробництво - Bosch, програмування - Bosch, настройка - автовиробник

Підіб'ємо підсумки: шахрайські функції в програмній прошивці ECU не можуть бути розроблені самим автовиробником, вони робляться постачальником електроніки за запитом автомобільної компанії. І оскільки всі подібні модифікації залишають по-справжньому довгий «паперовий слід", постачальники, ймовірно, попереджають автовиробників про те, що подібні трюки незаконні.

Відповідно, фінальне рішення залишається за виробником автомобілів: щоб скористатися шахрайської функцією, інженерам автомобільної компанії треба певним чином задати деякі з вищезазначених змінних. Але як саме все це працює?

Правда - в коді

Щоб встановити це, Фелікс Домке для власного Volkswagen Sharan (підпадає під відкликання VW) придбав на eBay запасний блок ECU і вивчив, як же це пристрій працює. Для початку він використовував апаратну вразливість в чіпі ECU, щоб витягти 2-мегабайтную прошивку з його флеш-пам'яті. Це дало йому непогане розуміння того, наскільки складно влаштовані процеси в автомобільній електроніці.

Наприклад, виявилося, що навіть така нехитра штука, як тахометр, зовсім не показує кількість обертів двигуна в хвилину безпосередньо. Те, що виводиться на тахометр, насправді залежить від показань більш ніж двох десятків різних датчиків і обробляється 12 Кб вельми насиченого коду (якщо що, це дуже багато коду).

«На цьому етапі відмінно усвідомлюєш, що всередині даного пристрою може відбуватися скільки завгодно шахрайства і ніхто цього не помітить, - каже Домке. - Після цього ти вже не віриш, що спідометр в твоїй машині показує реальну швидкість. Він показує щось, пов'язане зі швидкістю ».

Частина прошивки, що відповідає за роботу вихлопної системи, ще більш складна і гнучко настроюється. Однак ідея, яка лежить в основі зниження концентрації оксидів азоту в вихлопних газах, насправді досить проста. Для того щоб очистити вихлоп від NOx, в нього треба додати речовина, яке називається сечовина (VW придумав для нього назву AdBlue). Під дією високої температури ця речовина перетворюється в аміак, реагує з оксидами азоту, а на виході виходять чудово нешкідливі азот і вода.

Однак якщо додати занадто багато сечовини, то надлишок аміаку залишиться в вихлопі. І це не дуже добре як для людей, так і для автомобіля. Тому в нормальній ситуації краще «недосолити», ніж «пересолити» (звичайно, краще за все відміряти точну кількість речовини, але це не так-то просто зробити). Проблема в тому, що при «недосіл» результати екологічних тестів будуть не дуже хороші. І ось тому-то автовиробникам і доводиться хитрувати.

Як змінюється вихлоп в залежності від кількості сечовини

Ось як працював цей трюк в разі Volkswagen. У коді прошивки, відповідальному за роботу вихлопу, були передбачені два режими роботи: стандартний, в якому дозування сечовини була вельми щедрою, і альтернативний, в якому речовини додавалося недостатньо багато. Як з'ясував Домке, 75% часу його автомобіль працював в альтернативному режимі, і майже все, що залишився сечовина не додають зовсім.

Споживання сечовини в реальності - 0,6 л / 1000 км, необхідне для досягнення заявленого рівня викидів - 2,5 л / 1000 км

Аналіз коду прошивки показав, що умови для переходу в стандартний режим (а вони рідко, але все ж досягалися) крім всяких простих речей на зразок певної температури і тиску двигуна і палива включали ще один цікавий критерій. Стандартний режим включався, якщо графік пройденого автомобілем відстані в залежності від часу потрапляв між двома кривими, що визначають певні мінімум і максимум.

Забавно, але, як виявилося, одна з пар цих кривих була задана таким чином, щоб між ними дуже акуратно потрапляв відповідний графік при роботі в згаданій на початку цієї статті тестової моделі New European Driving Cycle. У цьому випадку програма включала стандартний режим роботи, сечовина додавалася щедро, і концентрація оксидів азоту в вихлопі виявлялася настільки низькою, що двигун задовольняв вельми жорстким європейським стандартам. Це, власне, і є основна ідея шахрайства з прошивкою, яке робив Volkswagen.

З усієї цієї історії можна зробити цілу купу різних висновків, але є один, який може бути особливо цікавий для представників IT-сфери. Цифрові технології стають все більш і більш важливими для нашого світу, і тим самим вони роблять тих людей, які з ними пов'язані, все більш впливовими і більш важливими для компаній.

З одного боку, такі люди можуть допомогти обдурити систему тестів і замаскувати якийсь недолік в тому чи іншому продукті. З іншого боку, вони також можуть виявити трюки і фокуси, як це зробили двоє дослідників у випадку з «Дізельгейтом».