Moderne Fahrzeuge sind auf Sensoren angewiesen, um ihren eigenen Zustand, ihre Umgebung und ihre Leistung zu erfassen. Über Jahrzehnte hinweg wurde diese Fähigkeit durch zusätzliche Hardware aufgebaut – dedizierte Komponenten, die für die Messung bestimmter physikalischer Größen entwickelt wurden. Mit der Weiterentwicklung von Fahrzeugen stieg auch die Anzahl der Sensoren, was zu zunehmend komplexen Systemen führte. Die Erweiterung von Funktionen bedeutete traditionell, zusätzliche physische Komponenten zu integrieren oder bestehende zu erweitern.
Doch mit dem Übergang zu softwaredefinierten Fahrzeugen beginnt sich dieses Modell zu verändern. Anstatt für jede neue Funktion zusätzliche Hardware einzubauen, wird es zunehmend möglich, mehr Nutzen aus den Daten zu ziehen, die Fahrzeuge bereits erzeugen. Genau hier wird die Unterscheidung zwischen Hardware-Sensoren und virtuellen Sensoren relevant.
Beide Ansätze ermöglichen es Fahrzeugen, reale Bedingungen zu erkennen und darauf zu reagieren – jedoch auf grundlegend unterschiedliche Weise.
Hardware-Sensoren sind physische Komponenten, die dafür ausgelegt sind, bestimmte Größen direkt zu messen, beispielsweise Druck, Temperatur, Bewegung oder Position.
Jeder Sensor ist in der Regel mit einer klar definierten Funktion innerhalb des Fahrzeugsystems verknüpft. Seine Leistung hängt von der korrekten Integration, Kalibrierung und dem zuverlässigen Betrieb über die gesamte Lebensdauer hinweg ab. Dadurch ist die Sensorik in hardwarebasierten Systemen eng mit den im Fahrzeug verbauten Komponenten verbunden.
Hardwarebasierte Sensorik zeichnet sich aus durch:
Dieser Ansatz bildet die Grundlage moderner Fahrzeugsysteme und bleibt für viele Anwendungen unverzichtbar.
Virtuelle Sensoren sind softwarebasierte Funktionen, die Zustände schätzen oder erkennen, indem sie bestehende Fahrzeugsignale mithilfe von Modellen und Sensorfusion auswerten, anstatt auf direkte physische Messungen zurückzugreifen.
Anstatt neue Hardware zu installieren, nutzen virtuelle Sensoren bereits verfügbare Signale – beispielsweise Raddrehzahlen, Beschleunigungen oder Systemzustände – und interpretieren diese mithilfe von Algorithmen und Modellen. Dies wird durch Sensorfusion ermöglicht, bei der mehrere Datenquellen kombiniert werden, um das Verhalten eines Systems zu verstehen.
Virtuelle Sensorik zeichnet sich aus durch:
In diesem Modell wird Sensorik zu einer Fähigkeit auf Systemebene und nicht zu einer einzelnen Komponente.
Der wesentliche Unterschied zwischen Hardware-Sensoren und virtuellen Sensoren liegt darin, wie Sensorfunktionen geschaffen und skaliert werden.
Hardwarebasierte Sensorik folgt einem komponentenorientierten Ansatz, bei dem neue Funktionen typischerweise durch das Hinzufügen oder Erweitern physischer Komponenten innerhalb des Systems realisiert werden.
Virtuelle Sensorik folgt einem datengetriebenen Ansatz, bei dem neue Funktionen durch die Kombination und Interpretation bereits verfügbarer Signale entstehen.
Diese Unterscheidung beeinflusst nicht nur die Art der Datenerfassung, sondern auch die Gestaltung und Weiterentwicklung von Systemen über deren gesamten Lebenszyklus hinweg.
| Aspekt | Hardware-Sensoren | Virtuelle Sensoren |
| Systemdesign | Erhöhen die Anzahl physischer Komponenten und Schnittstellen im Fahrzeug | Bauen auf bestehenden Systemen auf und reduzieren den Bedarf an zusätzlicher Hardware |
| Skalierbarkeit | Skalierung durch physische Integration | Skalierung durch Software-Rollout über Plattformen und Fahrzeugflotten hinweg |
| Abhängigkeiten | Abhängig von Sensoren, Verkabelung, Stromversorgung und Kommunikationssystemen | Abhängig von Signalverfügbarkeit, Datenqualität und Modellrobustheit |
| Verhalten über den Lebenszyklus | Leistung wird durch Verschleiß, Alterung und Serviceprozesse beeinflusst | Weiterentwicklung durch Software-Updates und verbesserte Algorithmen |
| Kostenstruktur | Verursachen fahrzeugbezogene Kosten und erhöhen die Komplexität der Lieferkette | Nutzen bestehende Systeme und reduzieren Grenzkosten bei gleichzeitig höherer Kosteneffizienz im großen Maßstab |
Hardware-Sensoren und virtuelle Sensoren unterscheiden sich nicht nur darin, wie Daten erfasst werden, sondern auch darin, wie Systemzustände interpretiert werden. Hardware-Sensoren liefern typischerweise absolute Messwerte einer physikalischen Größe, während virtuelle Sensoren darauf ausgelegt sind, Abweichungen, Muster oder Veränderungen im Systemverhalten zu erkennen.
In vielen automobilen Anwendungen ist nicht der exakte Messwert selbst entscheidend, sondern die Fähigkeit, einen relevanten Zustand zuverlässig zu erkennen und zu kommunizieren. Fortschritte in der Signalverarbeitung und Sensorfusion haben es ermöglicht, dies durch indirekte Methoden zu erreichen.
Der Unterschied zwischen Hardware-Sensoren und virtuellen Sensoren liegt nicht nur darin, wie Daten gewonnen werden, sondern auch darin, wie Sensorfunktionen definiert und im Laufe der Zeit erweitert werden.
Durch die Kombination bestehender Signale und die Bewertung von Abweichungen gegenüber erlerntem Systemverhalten ermöglichen virtuelle Sensoren eine zuverlässige Erkennung ohne direkte Messung. Dadurch kann Funktionalität per Software erweitert werden, indem Daten genutzt werden, die bereits im Fahrzeug verfügbar sind.
Sensorik ist damit nicht länger auf die physisch installierten Komponenten beschränkt, sondern auf die Fähigkeit, Signale effektiv zu interpretieren und miteinander zu kombinieren.
Dieser Wandel – von der komponentenbasierten Messung hin zum Verständnis auf Systemebene – bedeutet, dass neue Sensorfunktionen durch Software entwickelt, bereitgestellt und kontinuierlich verbessert werden können, anstatt zusätzliche Hardware zu erfordern.
In diesem Modell wird Sensorik nicht mehr durch installierte Komponenten definiert, sondern durch die Fähigkeit, Fahrzeugdaten intelligent zu interpretieren.