I veicoli moderni si affidano ai sensori per comprendere il proprio stato, l’ambiente circostante e le proprie prestazioni. Per decenni, questa capacità è stata costruita aggiungendo hardware: componenti dedicati progettati per misurare specifiche proprietà fisiche. Con l’evoluzione dei veicoli, è aumentato anche il numero di sensori, dando origine a sistemi sempre più complessi, nei quali l’espansione delle funzionalità è stata tradizionalmente ottenuta aggiungendo o estendendo componenti fisici.
Con il passaggio verso i software-defined vehicles, questo modello sta però iniziando a cambiare. Invece di aggiungere nuovo hardware per ogni nuova funzione, sta diventando sempre più possibile estrarre maggiore valore dai dati che i veicoli già generano. È qui che la distinzione tra sensori hardware e sensori virtuali assume importanza.
Entrambi gli approcci consentono ai veicoli di rilevare e reagire alle condizioni del mondo reale, ma lo fanno in modi fondamentalmente diversi.
Cosa sono i sensori hardware?
I sensori hardware sono componenti fisici progettati per misurare direttamente proprietà specifiche, come pressione, temperatura, movimento o posizione.
Ogni sensore è generalmente associato a una funzione definita all’interno del sistema del veicolo. Le sue prestazioni dipendono dalla corretta integrazione, calibrazione e operatività nel tempo. Di conseguenza, la capacità di rilevamento nei sistemi basati su hardware è strettamente legata ai componenti installati sul veicolo.
Il rilevamento basato su hardware è caratterizzato da:
- Misurazione diretta di grandezze fisiche
- Componenti dedicati per funzioni specifiche
- Dipendenza dall’integrazione hardware, dalla comunicazione e dal ciclo di vita dei componenti
Questo approccio ha costituito la base dei moderni sistemi automotive e continua a essere essenziale in numerose applicazioni.
Cosa sono i sensori virtuali?
I sensori virtuali sono funzioni software che stimano o rilevano condizioni specifiche interpretando i segnali già disponibili nel veicolo attraverso modelli e tecniche di sensor fusion, anziché affidarsi a misurazioni fisiche dirette.
Invece di installare nuovo hardware, i sensori virtuali utilizzano segnali esistenti — come velocità delle ruote, accelerazioni o stati di sistema — interpretandoli tramite algoritmi e modelli. Questo è reso possibile dalla sensor fusion, in cui più fonti di dati vengono combinate per comprendere il comportamento del sistema.
Il rilevamento virtuale è caratterizzato da:
- Rilevamento basato sulle deviazioni rispetto al comportamento atteso del sistema, anziché su misurazioni assolute
- Utilizzo di segnali già disponibili nel veicolo, spesso combinati tramite sensor fusion
- Valutazione rispetto a uno stato di riferimento appreso, per garantire un rilevamento coerente in condizioni differenti
- Funzionalità definite dal software che evolvono senza l’aggiunta di componenti fisici
In questo modello, il rilevamento diventa una capacità a livello di sistema piuttosto che una funzione associata a un singolo componente.
La differenza architetturale
La differenza principale tra sensori hardware e sensori virtuali risiede nel modo in cui la funzionalità di rilevamento viene creata e scalata.
Il rilevamento basato su hardware segue un approccio orientato ai componenti, in cui nuove funzionalità vengono generalmente ottenute aggiungendo o ampliando componenti fisici all’interno del sistema.
Il rilevamento virtuale segue invece un approccio basato sui dati, in cui nuove funzionalità vengono create combinando e interpretando segnali già disponibili.
Questa distinzione influenza non solo il modo in cui vengono effettuate le misurazioni, ma anche il modo in cui i sistemi vengono progettati ed evolvono nel tempo.
Principali differenze nei sistemi automotive
| Aspetto | Sensori hardware | Sensori virtuali |
| Progettazione del sistema | Aumentano il numero di componenti fisici e interfacce nel veicolo | Si basano sui sistemi esistenti, riducendo la necessità di hardware aggiuntivo |
| Scalabilità | Scala attraverso l’integrazione fisica | Scala tramite distribuzione software su piattaforme e flotte |
| Dipendenze | Dipendono da sensori, cablaggi, alimentazione e sistemi di comunicazione | Dipendono dalla disponibilità dei segnali, dalla qualità dei dati e dalla robustezza dei modelli |
| Comportamento nel ciclo di vita | Le prestazioni sono influenzate da usura, invecchiamento e interventi di manutenzione | Evolvono attraverso aggiornamenti software e miglioramenti degli algoritmi |
| Struttura dei costi | Introducono costi per veicolo e complessità nella supply chain | Sfruttano sistemi esistenti, riducendo il costo marginale e migliorando l’efficienza economica su larga scala |
Misurazione e rilevamento
Sensori hardware e sensori virtuali differiscono non solo per il modo in cui i dati vengono ottenuti, ma anche per il modo in cui le condizioni del sistema vengono interpretate. I sensori hardware forniscono generalmente misurazioni assolute di una grandezza fisica, mentre i sensori virtuali si concentrano sul rilevamento di deviazioni, schemi o cambiamenti nel comportamento del sistema.
In molte applicazioni automotive, il requisito principale non è il valore esatto in sé, ma la capacità di rilevare e comunicare in modo affidabile una condizione rilevante. I progressi nell’elaborazione dei segnali e nella sensor fusion hanno reso possibile ottenere questo risultato attraverso metodi indiretti.
Dalla misurazione alla comprensione del sistema
La differenza tra sensori hardware e sensori virtuali non riguarda soltanto il modo in cui vengono ottenuti i dati, ma anche il modo in cui la funzionalità di rilevamento viene definita ed estesa nel tempo.
Combinando segnali esistenti e valutando le deviazioni rispetto al comportamento appreso del sistema, i sensori virtuali consentono un rilevamento affidabile senza misurazioni dirette. Questo permette di ampliare le funzionalità tramite software, sfruttando dati già disponibili all’interno del veicolo.
Di conseguenza, la capacità di rilevamento non è più limitata da ciò che è fisicamente installato, ma da quanto efficacemente i segnali vengono interpretati e combinati.
Questo cambiamento — da una misurazione basata sui componenti a una comprensione del sistema a livello globale — significa che nuove capacità di rilevamento possono essere sviluppate, distribuite e migliorate continuamente attraverso il software anziché mediante hardware aggiuntivo.
In questo modello, il rilevamento non è più definito dai componenti installati, ma dall’efficacia con cui i dati del veicolo vengono interpretati.
