¿Cómo pudo Volkswagen engañar a la prueba de contaminación de laboratorio?

El reciente escándalo de trampa de la prueba de contaminación de Volkswagen ha conmocionado a muchas personas con su alcance generalizado y con la forma en que estuvo oculto durante tantos años.

El año pasado, el Consejo Internacional de Transporte Limpio (ICCT) en Washington DC contrató a científicos del Centro de Motores y Emisiones de Combustibles Alternativos en la Universidad de West Virginia en Morgantown para probar las emisiones de tres vehículos diésel de servicio liviano en condiciones más realistas de lo que es posible en el laboratorio. Para hacerlo, los científicos equiparon los automóviles con un sistema portátil de medición de emisiones para recopilar un flujo continuo de datos sobre una variedad de tipos de carreteras de EE. UU.

Las pruebas encontraron que los niveles de NOx emitidos por un Volkswagen Jetta eran 15–35 veces mayores que los dictados por el estándar estadounidense (31 miligramos por kilómetro), dependiendo de las condiciones de la carretera y la conducción.

¿Cómo se llevó a cabo este programa de trampas y por qué las pruebas de laboratorio no pudieron detectar la presencia de este programa de trampas?

Después de que el informe ICCT de 2014 revelara que estos vehículos diésel para pasajeros de servicio liviano emitían demasiado NOx y los reguladores estadounidenses confrontaron a VW por los resultados, VW realizó algunas pruebas y propuso un retiro voluntario de software para recalibrar los diversos dispositivos de control de emisiones en los vehículos afectados. De la carta de cumplimiento en uso de la Junta de Recursos del Aire de California (CARB) a Volkwagen AG, 2015-09-18 , después de ese retiro:

Para tener una evaluación más controlada del alto NOx observado en la carretera, CARB desarrolló un ciclo de dinamómetro especial que consistía en conducir la porción de Fase 2 del FTP repetidamente. Este ciclo especial reveló que la calibración de retirada de VW aumentó la dosificación del fluido de escape diésel (DEF) en el arranque inicial; sin embargo, la dosificación no fue suficiente para evitar que los niveles de emisión de NOx aumenten durante todo el ciclo. Esto dio como resultado emisiones no controladas de NOx a pesar de que el SCR alcanzó temperaturas de operación suficientes.

Lo importante aquí es que CARB cambió el ciclo de prueba para esta prueba adicional. Los ciclos de prueba estándar de la EPA están disponibles públicamente y consisten en patrones establecidos de aceleración y frenado, cada uno destinado a simular un viaje real * caracterizado por un cierto tipo de conducción (autopista urbana, rural de subida y bajada, etc.). Aquí hay una visualización del Procedimiento de prueba federal 75 (FTP-75):

Los fabricantes suelen conocer los parámetros de los ciclos de prueba a los que se someterán sus vehículos en un mercado determinado. Luego diseñan sus vehículos para pasar la prueba. Es responsabilidad del regulador asegurarse de que las pruebas proporcionen una imagen razonablemente precisa de cómo funcionará el vehículo durante su vida útil. Esta transparencia debería beneficiar a todos los involucrados por:

• dando a los fabricantes un camino claro hacia el cumplimiento y ayudándoles a planificar I + D y controlar los costos;
• tranquilizar a los legisladores y al público de que el regulador está aplicando efectivamente las leyes que protegen la salud pública y el medio ambiente;
• permitiendo al regulador realizar pruebas controladas en un número limitado de vehículos y extrapolarlo a la flota en uso, en lugar de probar cada vehículo (no es económicamente factible).

Sin embargo, dar a conocer los detalles de los ciclos de prueba también tiene el potencial de permitir a los fabricantes eludir las pruebas de una manera que les brinde una ventaja comercial sin realmente proporcionar la reducción de emisiones obligatoria. Esto a veces se llama "ciclo de latido" y no es nada nuevo en la industria automotriz. ** Lo que puede ser nuevo aquí es cómo VW superó el ciclo. Continuado de la carta de cumplimiento, énfasis mío:

CARB compartió los resultados de sus pruebas con VW el 7 de julio de 2015. CARB también compartió sus resultados con la EPA. Siguieron varias reuniones técnicas con VW donde VW reveló que Gen1, Gen2 y el vehículo SCR mejorado modelo 2015 (conocido como Gen3) tenían una segunda calibración destinada a ejecutarse solo durante las pruebas de certificación. Durante una reunión el 3 de septiembre de 2015, VW admitió ante el personal de CARB y EPA que estos vehículos fueron diseñados y fabricados con un dispositivo de desactivación para evitar, derrotar o dejar elementos inoperantes del sistema de control de emisiones de los vehículos.

Eso va mucho más allá del fracaso de la debida diligencia. Puede imaginar una situación en la que un fabricante de automóviles está "enseñando a la prueba", es decir, diseñando su sistema de emisiones con un enfoque estricto en lo que tiene que hacer para aprobar la prueba, y simplemente no se da cuenta o descubre alguna falla que dará como resultado -cumplimiento de los niveles de emisiones en promedio. Podrías llamar a eso trabajo de mala calidad o incompetente; incluso podría decir que el regulador tiene la culpa allí, por no tener un mejor conjunto de pruebas.

En este caso, VW diseñó el software que controla el sistema de emisiones del vehículo para hacer trampa en la prueba. Es muy parecido a contratar a alguien para que escriba un ensayo o presente un examen, mientras usted toma el crédito; El sistema del vehículo que EPA y CARB estaban probando no era, literalmente, el mismo sistema que los consumidores estaban comprando y conduciendo, lo que hace que la prueba no tenga sentido.

International Business Times, haciendo referencia a John German, miembro principal de ICCT como la fuente, informó a principios de esta semana que:

Todavía no se sabe exactamente qué estaba midiendo Volkswagen. German dijo que probablemente pasarán meses antes de que descubramos qué estaba haciendo exactamente la compañía. La EPA explicó que el usuario no puede apagar el "dispositivo", y ahora se requerirá que Volkswagen solucione el problema sin que el propietario incurra en cargos.

Si bien no sabemos exactamente cómo lo hizo VW, está claro que el software que escribieron para estos vehículos contenía algún tipo de algoritmo (s) para detectar, basado en datos del conjunto integral de sensores incluidos en los sistemas OBD de los vehículos modernos y su conocimiento de los parámetros de los ciclos de prueba reglamentarios de EE. UU., cuando el vehículo estaba y no estaba en ejecución en uno de estos ciclos de prueba. Este artículo del Washington Post es el mejor resumen laico que he leído hasta ahora.

Algunos informes sugieren que todo lo que hicieron fue detectar si el volante se estaba moviendo , porque cuando está enganchado en el laboratorio no hay giros, pero dado que la carta CARB sugiere que un "ciclo de dinamómetro especial" pudo hacer que la unidad de control cambiara fuera del modo especial de "prueba", espero que el algoritmo real sea un poco más sofisticado que eso. El Aviso de violación de 2015-09-18 de la EPA a VW hace esta alegación específica:

El "interruptor" detecta si el vehículo se está probando o no en función de varias entradas, incluida la posición del volante, la velocidad del vehículo, la duración del funcionamiento del motor y la presión barométrica. Estas entradas hacen un seguimiento preciso de los parámetros del procedimiento de prueba federal utilizado para las pruebas de emisiones con fines de certificación de la EPA.

En cuanto a por qué las pruebas de laboratorio no detectaron la presencia de este programa de trampas, simplemente no están diseñadas para detectar fraudes deliberados y sofisticados. Estos programas son caros, están financiados por el dinero de los contribuyentes y las regulaciones que aplican hacen que los autos sean más caros, lo que significa que los contribuyentes que poseen vehículos son afectados con costos desde múltiples direcciones. Los fabricantes de automóviles son grandes y tienen mucho que perder al engañar al sistema: el impacto financiero de este escándalo en VW ya era de miles de millones de dólares incluso antes de que salieran las noticias y enviaron sus acciones a un 40% (decenas de miles de millones en la capitalización de mercado) y antes de que se anuncien multas (también potencialmente en decenas de miles de millones).

Los costos son un problema enorme, enorme y no se puede exagerar en el mundo de la regulación ambiental (y de salud pública). El costo, no la ciencia, es casi siempre lo que mata los avances en esta área. Por lo tanto, confiamos en que los fabricantes de automóviles harán un esfuerzo razonable para cumplir y pagamos las pruebas que básicamente equivalen a: poner el automóvil en rodillos; "conducirlo" a través de un ciclo de prueba con una bolsa alrededor del tubo de escape; mira lo que hay en la bolsa.

Este tipo de prueba, siempre y cuando los ciclos de prueba se conozcan de antemano, simplemente no es capaz de detectar fraudes dentro del software de control. De hecho, teniendo en cuenta el nivel de sofisticación posible en los algoritmos de software modernos, incluso ocultar algunos o todos los detalles del ciclo de prueba podría no ser suficiente para derrotar este enfoque por completo, siempre y cuando el fabricante esté lo suficientemente determinado y las pruebas se realicen en condiciones de laboratorio controladas artificialmente.

Lo que hizo el grupo ICCT fue utilizar un PEMS *** para medir las emisiones del tubo de escape en condiciones reales, mientras conducía en carreteras reales con patrones de tráfico reales que el software de VW no reconoció como correspondientes a las pruebas de emisiones. Esto les permitió reunir datos más precisos sobre el rendimiento real de los sistemas de emisiones de vehículos, pero a un costo de $ 50,000 para solo tres vehículos y con un alcance muy limitado de lo que estaban buscando.

Más lectura

• NPR Morning Edition: Cómo un pequeño laboratorio en Virginia Occidental atrapó el Big Cheat de Volkswagen (incluye breves entrevistas con algunos de los científicos involucrados)
• Wired: A los propietarios de VW no les van a gustar las soluciones para sus Diesels (¿por qué hacer trampa en primer lugar?)
• Explique eso: ¿Cómo funcionan los dinamómetros? (ver "dinamómetros de chasis" en la parte inferior)
• Declaración del Consejo de Supervisión de Volkswagen AG, 25 de septiembre de 2015
• EPA de EE. UU .: avisos de infracciones, automóviles ligeros y camiones

* Nota de investigación 96-11: Patrones de conducción y emisiones: un nuevo ciclo de prueba (CARB 1996) proporciona una breve descripción de cómo se desarrolla un ciclo de prueba.

** Por ejemplo, ver Cycle-Beating y el EU Test Cycle for Cars (Kågeson 1998) .

*** Dilo como suena, "pems", o llámalo laboratorio en una caja, pero no lo confundas con PeMS , PEMS , PM CEMS ...

Han surgido detalles en la prensa alemana que indican que esto se supo en 2007 ( del periódico alemán Bild am Sonntag, traducido por Automotive News ):

Según el informe, Bosch afirma haber suministrado software de gestión de motores diesel a Volkswagen bajo la impresión de que solo se usaría en pruebas de vehículos. Ese software, que fue capaz de activar dispositivos de control de emisiones cuando se detectó un entorno de prueba y desactivarlos durante la conducción normal, de alguna manera terminó en vehículos de producción. Según Bild am Sonntag, Bosch escribió a Volkswagen en 2007 advirtiéndole al fabricante de automóviles que el uso de este software en vehículos vendidos públicamente era ilegal.

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En un comunicado publicado la semana pasada, Bosch reveló que suministraba sistemas de inyección de combustible de riel común, así como módulos de suministro y dosificación para el tratamiento de gases de escape, en los modelos de Volkswagen y Audi en el centro del creciente escándalo de reducción de emisiones. "Como es habitual en la industria del suministro de automóviles, Bosch suministra estos componentes a las especificaciones del fabricante de automóviles", se lee en el comunicado. "La forma en que estos componentes se calibran e integran en sistemas completos del vehículo es responsabilidad de cada fabricante de automóviles".

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Automotive News informa que la crisis comenzó cuando el entonces jefe de la marca VW, Wolfgang Bernhard, y el ingeniero Rudolf Krebs comenzaron a desarrollar un nuevo motor diesel para el mercado estadounidense en 2005. Bernhard y Krebs se dieron cuenta de que se necesitaría un sistema de tratamiento de escape de urea AdBlue para llegar a los EE. UU. estándares de emisiones, a un costo estimado de $ 335 por vehículo. Según se informa, los jefes financieros de VW determinaron que este costo era demasiado alto, ya que se estaba realizando un ejercicio de reducción de costos en toda la empresa.

Entiendo que la mayoría, si no todos, de estos vehículos tienen un sistema electrónico de frenado antideslizante y / o un control electrónico de estabilidad para balanceo, cabeceo y guiñada. Como las pruebas se realizan en un "camino rodante", que solo usa el eje impulsado, los sensores para estos deben desactivarse, ya que las ruedas no accionadas están estacionarias.