Нині триває гонка озброєнь між автовиробниками, які блокують чіпи, та тюнерами, які намагаються їх розблокувати.
Інженери APR налаштовують Audi на роликовому стенді. Фото: APR
Кожен, хто довго стежив за індустрією тюнінгу автомобілів, може сказати, наскільки кардинально вона змінилася за останні десятиліття. Те, що колись вимагало механічного втручання та значних знань, тепер можна зробити за лічені хвилини за допомогою електронного блоку керування (ECU), який може значно збільшити потужність і крутний момент як атмосферних, так і турбованих або наддувних двигунів.
Проте, в певних аспектах процес став набагато складнішим.
Запитайте компанію Audi Performance & Racing, більш відому як APR, що базується в Алабамі. Оскільки сучасні автомобілі все більше керуються програмним забезпеченням, а виробники постійно посилюють безпеку, компанія змушена щороку докладати більше зусиль, щоб запропонувати тюнінг ECU, який забезпечує більшу потужність, залишаючись у межах заводських параметрів загальної надійності. Це набагато складніший процес зараз, ніж був на початку 2000-х, коли мій власний Audi S4 покоління B5 був ще новим на ринку.
Нещодавно я спілкувався з інженерами APR, щоб обговорити цей перехід і дізнатися більше про захопливу історію тюнінгу ECU, включно з тим, чому розблокування більшого тиску наддуву, вдосконаленого запалювання та інших показників продуктивності колись відчувалося як введення чит-коду у відеогрі.
Простіші часи
Люди модифікували співвідношення повітря/палива та кут випередження запалювання з тих пір, як термін “автомобіль” став поширеним. Епохи ранніх хот-родів і маслкарів, а також ранні дні турбонаддуву виділяються як вершини розвитку.
Перенесімося в 1990-ті роки: тюнери змагалися в розтині комп’ютерів двигунів, вилученні відповідного чіпа пам’яті, встановленні його в зчитувач і запису рядків коду на новий чіп. Звідти вони могли вносити бажані зміни: дозволяти турбокомпресору (або турбокомпресорам) створювати більший тиск перед скиданням його через вестгейти, додавати паливо для компенсації додаткового тиску наддуву та багато іншого.
На початку 2000-х років APR пішла далі зі своєю системою Enhanced Modular Chipping System (EMCS).
EMCS мав власний процесор і пам’ять, що в чотири рази перевищували обсяг пам’яті, та чотири карти двигуна: одну для палива з октановим числом 91, одну для 93 або 100 октанового числа, а також інші, кожна з яких мала свої переваги. Його процесор міг навіть вказати ECU перевірити, чи слід використовувати іншу карту.
Як пояснив інженер з калібрування APR Chas Gorton, приблизно наприкінці століття: “Комусь спала на думку геніальна ідея: ‘Гей, у нас є круїз-контроль, а що, якщо додати послідовність дій, яка змусить це вікно рухатися?’ Саме так почалося програмне перемикання.”
До цього рання версія покладалася на фізичний перемикач збоку ECU, громіздке рішення, яке вимагало підняття капота, зняття оздоблення та перемикання. Зрештою, хтось взявся за реверс-інжиніринг кращого рішення, пояснив Gorton.
“Що я маю доступ, що я можу побачити з цього іншого контролера, який ми щойно додали до ECU, щоб знати, коли користувач щось робить?” — сказав Gorton.
Дослідивши систему, APR могла відстежувати стан круїз-контролю, тому написала код для зміни карт, скидання кодів помилок та виконання інших функцій при використанні певної послідовності команд через важіль круїз-контролю.
Ось чому це схоже на чит-код: просто виконайте кілька простих, легко запам’ятовуваних дій при вимкненому двигуні, і ви зможете збільшити заводський тиск наддуву на кілька PSI понад норму для додаткової продуктивності або контролю.
Мій інтерес до тюнінгу почався, коли я придбав вживаний (і, ймовірно, дуже старий) ECU з чіпом APR для мого 2,7-літрового V6 з подвійним турбонаддувом S4. Перша карта — це заводське налаштування, тоді як друга збільшує максимальний заводський тиск наддуву з приблизно 9 PSI до 14,5 (1 бар) на 91 октановому паливі. Третя карта працює на 1 бар на 100 октановому паливі. Оскільки це паливо стійке до детонації, кут випередження запалювання можна значно збільшити, щоб скористатися перевагами наддуву.
Тільки на карті 91 моя невелика седанка тягне так, як мала б з заводу. 250 к.с. (186 кВт) і 350 Нм (258 фунт-фут) були гідними для початку століття, але ж — у неї два турбокомпресори. Натомість карта 100 октанового палива переводить її в категорію сучасних преміальних спортивних компактів. Я ще не тестував її на динамометричному стенді, але не здивуюся, якщо потужність на колесах буде ближче до 300 к.с. кожна.
Після повені
Впровадження порту бортової діагностики (OBD2) у 1996 році не тільки принесло користь споживачам та автовиробникам з точки зору обслуговування; воно також, за словами Gorton, “відкрило шлюзи” для сторонніх тюнерів ECU. Одним із завдань OBD2 була можливість оновлювати заводське програмне забезпечення ECU через порт — це також дало тюнерам простіший спосіб застосувати свої навички.
Як розповіли мені Gorton та інші інженери APR, вони технічно мали можливість підключитися та почати вносити зміни ще з 1996 року, коли був впроваджений OBD2, але ніхто ще не розгадав заходи безпеки, які вживали виробники. Тоді було легше вийняти чіп і внести зміни на стенді, включно з установкою EMCS під час його запуску.
Це відкрило двері для тюнерів, щоб пізніше вносити зміни за потреби через порт. Близько 2005 року досягнення в технологіях означали, що фізичний доступ до ECU більше не був потрібен, і робота могла виконуватися безпосередньо через порт. До 2008 року VW/Audi значно посилили безпеку, змусивши тюнерів повернутися до креслярської дошки. Саме тоді почалася справжня гра в кішки-мишки між безпекою виробників та ринком післяпродажного обслуговування.
Крім заходів безпеки, зростаюча складність заводського програмного забезпечення теж не допомогла. Поступово стало фізично неможливо вмістити різні карти в систему. В один момент можна було застосовувати лише зміни між картами, але такі функції, як радарний круїз-контроль та інші сучасні технологічні зручності, поклали край цьому. Потім саме програмне забезпечення було переміщено до різних областей ECU. З часом стратегія калібрування значно змінилася.
Коли APR та інші тюнери працюють над новими налаштуваннями, існує так багато невідомих, які вимагають ретельного дослідження. “Я навіть не можу окреслити, скільки рівнів безпеки нам доводиться долати, не кажучи вже про те, скільки часу це займе”, — сказав Gorton. “До дня випуску ми, чесно кажучи, не знаємо, скільки часу у нас є до готовності, тому що існує так багато невідомих.”
“Найбільша проблема, з якою ми стикаємося, полягає в тому, що щоразу, коли [команда реверс-інжинірингу APR] знаходить нову вразливість, 99,9% з них виявляються тупиковими”, — сказав Jamie Harvey, менеджер з розробки програмного забезпечення та інженер з калібрування силових агрегатів в APR. “І вам доводиться докласти серйозних зусиль, щоб дістатися до цього тупика”. Цей процес повторюється знову і знову і може бути дуже деморалізуючим для команди.
“Ми повинні дивитися, як виконується код, як він проходить свої кроки, і, по суті, дивитися на нього на кожному етапі і говорити: ‘Чи можу я змусити його зробити щось незвичайне на цьому кроці?'”, — сказав Gorton. “І якщо я можу, чи можу я потім змусити наступний крок зробити щось незвичайне, що працює з попереднім кроком? Як ми налаштовуємо ці маленькі блоки, щоб перестрибувати, обходячи безпеку?”
Частиною процесу є повідомлення ECU про те, скільки даних записується, що детально описували Gorton і Harvey. Ви, по суті, кажете: “Я надішлю вам файл розміром 4 мегабайти, і я хочу, щоб ви почали тут і закінчили тут”.
Але тоді виникає питання, чи потрібно тюнерам взагалі повідомляти ECU, де знаходиться кінцева точка — можливо, він робить обчислення сам. Отже, що станеться, якщо ви надасте незвично мале або велике число? Як він обробляє неправильні дані на цьому кроці, і що він з цим робить? “Чи відкриє це інший шлях, який ми можемо використати?” — запитав Gorton.
Процес, м’яко кажучи, виснажливий.
Це може навіть “цеглити” ECU. Як зауважив Harvey зі сміхом, APR часто створює багато “садових орнаментів за 1800 доларів”. Він також уточнив, що компанія часто зберігає їх, оскільки їх потенційно можна відновити та використати для майбутніх досліджень і розробок.
Чиста складність
Розробка безпечного налаштування, яке зберігає заводські захисти, такі як коди помилок, завжди була складною роботою, але з прогресом технологій вона ставала лише складнішою.
Це відображає зростаючу складність сучасних систем впорскування палива. Для Audi S4 B5 потрібно було налаштувати лише 10-15 параметрів, повідомляє APR. Натомість, Volkswagen GTI 2005 року вимагав 90. “Сучасна продукція? Ми значно перевищили пару сотень змін”, — сказав Gorton — близько 225 для GTI 2022 року та понад 400 для сучасного Porsche 911 Carrera.
“Ми перевищили 500 на останньому продукті, що виходить”, — додав Harvey. Як він пояснив, зміна одного параметра може вплинути на 50 інших, тому вам потрібно знайти “золоту середину” для кожного параметра, щоб гарантувати, що все працює гармонійно.
Заводські калібрування ECU також є глобальними, що означає, що такі змінні, як якість палива та умови експлуатації, повинні бути враховані в єдиному файлі. Тюнери часто не знають, які частини коду відповідають їхньому регіону, тому APR стверджує, що їхнє програмне забезпечення розроблено так, щоб працювати незалежно від вашого місцезнаходження.
Потім є несподівані відмінності між моделями, які мають однаковий двигун, наприклад, Audi A3 покоління 8V та VW GTI покоління Mk7. Кожна команда розробників має свою філософію щодо того, як автомобіль має їздити та працювати.
Керування крутним моментом є важливим питанням — чи слід налаштовувати модель на економічність, чи на динамічність та керованість? Ці відмінності ускладнюють роботу APR, оскільки навіть при ідентичних двигунах “дві команди підійшли до однієї проблеми з протилежних напрямків, і нічого не збігається”, — сказав Gorton.
Сучасний тюнінг ECU як кнопка “Push-to-Pass” на трасі
Незважаючи на зростаючу складність тюнінгу ECU, він приніс деякі переваги в автоспорт. Перший рік, коли APR виставила гоночну команду в серії Grand-Am KONI Challenge (сучасний еквівалент — IMSA Michelin Pilot Challenge), на кожному заході був присутній інженер з калібрування. “Якщо йому потрібно, він міг внести зміни до файлу в автомобілі, щоб відповідати умовам”, — сказав Gorton.
На другий рік компанія почала регулювати рівні наддуву. Через складність сучасних ECU, ви вже не можете просто встановити ручний контролер наддуву, оскільки система постійно відстежує умови і реагуватиме, викликаючи помилки або переходячи в режим обмеженої потужності.
“Одного року ми застосували творче тлумачення правил”, — сказав Ian Baas, координатор маркетингу та гоночний пілот APR (зокрема, під час сезонів Koni Challenge 2008 та 2009 років). “По суті, нам вдалося встановити систему “push-to-pass” у наш автомобіль, яка могла б тимчасово збільшити наддув без виклику жодних червоних прапорців”.
Якщо водій погано пройшов вихід з повороту, він міг швидко скористатися важелем круїз-контролю і отримати кілька додаткових PS — а отже, додатковий імпульс потужності — протягом обмеженого періоду часу.
“Щоб скористатися цим, потрібно було надзвичайно точне керування наддувом від калібровщика”, — додав Harvey. “Щосекунди, коли ви виходили за межі, запускався таймер, що відлічував кожну мілісекунду. Якщо ми не перетинали цю межу, це було в резерві на той момент, коли водієві це було потрібно.”
Такий рівень точності перейшов і до їхніх продуктів для вуличної експлуатації — APR давно наголошує на зусиллях, які вона докладає до свого керування наддувом.
Звісно, коли ця функція “push-to-pass” була використана вперше, це викликало деякі подив. На одному заході “я їхав швидше за машини класу GS [тобто найшвидшого класу]”, — поділився Baas зі сміхом. “Ми були найшвидшими в загальному заліку в одній сесії”.
Що далі?
З розвитком технологій, появою нових моделей та нових силових агрегатів, включно з гібридними, тюнерам з’являється все більше програмного забезпечення для аналізу та модифікації. Але це неможливо без подолання постійно вдосконалюваних заходів безпеки, які впроваджують виробники.
І навіть коли автовиробники використовують однакове обладнання, кожен підходить до безпеки по-своєму. BMW колись було легко зламати та налаштувати, але коли це змінилося, тюнерам знадобився довгий час, щоб знову отримати доступ. Те саме стосується Ford, який нещодавно почав впроваджувати більш надійні заходи безпеки. Сестринські компанії APR під парасолькою Holley стикалися з подібними проблемами, і хоча APR може ділитися загальними підходами до зламу, вона не може надати конкретних деталей, оскільки процес сильно відрізняється залежно від виробника.
Під час нашої розмови команда, цілком зрозуміло, не могла розкрити деталі майбутніх розробок. Але, як сказав Gorton: “Потрібно постійно розширювати межі. Не можна просто сидіти склавши руки і робити те, що робили раніше, і очікувати, що бізнес буде зростати”.
Дізнатися більше на: arstechnica.com