De geschiedenis van het instrumentenpaneel: van houten plank naar 3D projectie

Het meten van snelheid is iets van alle tijden. Zo gebruikte men in de Romeinse tijd al markeringen op het wiel om het aantal omwentelingen per tijdseenheid te kunnen tellen. Doordat men wist hoe groot de afstand na één omwenteling was, kon de gemiddelde snelheid eenvoudig berekend worden. Inmiddels maken we natuurlijk gebruik van modernere technieken, maar de basis is tot nu toe altijd gelijk gebleven: de omwenteling van een wiel wordt uitgezet tegen de verstreken tijd. Desondanks is er wel degelijk veel veranderd. We nemen je mee in een reis door de tijd.

De eerste snelheidsmeter in een auto

Hoewel het meten van snelheid een bekend fenomeen was, kon je dat niet zeggen van de snelheidsmeter zelf. Het bleek nog knap lastig om een concept te verzinnen dat duidelijk en stabiel een berekening tussen afstand en tijd kon weergeven. Uitvinder Charles Babbage had de primeur voor stoomlocomotieven (rond 1835), maar het was de Kroaat Josip Belušić die in 1888 het eerste goed bruikbare idee had voor de automobielindustrie. Hij was in deze periode niet de enige met een idee, maar zijn ontwerp functioneerde wel het beste. Maar liefst 120 patenten streden in 1889 op een conventie in Parijs om het predicaat ‘beste ontwerp’. Belušić won deze wedstrijd en sindsdien staat hij in de geschiedenisboeken bekend als de eerste officiële uitvinder van de (elektrische) snelheidsmeter voor auto’s. Dat betekende overigens niet dat de rest van de wereld stil bleef zitten: zowel in Europa als in de VS werd er stug verder gewerkt aan mogelijke betere oplossingen.

De snelheidsmeter van Otto Schulze

Werking snelheidsmeter

Eén van deze ontwerpers was de Duitse Otto Schulze. In 1902 werkte hij aan een idee voor een nieuw type snelheidsmeter. Hij experimenteerde met een ronddraaiende as en magnetisme, wat uiteindelijk resulteerde in het patent dat daarna nog meer dan 80 jaar wereldwijd gebruikt zou worden. Zijn ontwerp werkte als volgt:

 

Een vork die op beide punten is uitgerust met een magneet wordt aangedreven door een ronddraaiende as. Het metalen huis waarin deze vork draait, zorgt samen met de rondraaiende magneten voor een magnetische kracht in de draairichting. Dit principe wordt veroorzaakt door het ontstaan van zogenaamde ‘eddy currents’ tijdens het draaien. Door een metalen cupje te plaatsen in dit magnetische veld, wordt slim gebruik gemaakt van die kracht in de draairichting: het cupje wil steeds meer rechtsom draaien naarmate de draaisnelheid groter wordt. Aan het cupje zit de as van het wijzertje en een veertje die de draaibeweging limiteert. Het resultaat is een zeer compact systeem dat bijzonder nauwkeurig zijn werk doet. Ideaal voor in het dashboard van een auto dus.

De snelheidsmeters van Stewart-Warner

Ondertussen, op Amerikaanse bodem, zag het duo Stewart en Clark uit Chicago ook wel brood in de snelheidsmeter. Daarom werd er in 1896 al gestart met de productie voor snelheidsmeters en claxons, wat in die tijd nog achteraf in te bouwen opties waren. Helaas overleed Thomas Clark in 1907 bij een demonstratie van zo’n snelheidsmeter. John Stewart ging alleen verder en kocht in 1912 rivaal Warner Instrument Company. Stewart-Warner was geboren. In de jaren die volgden, groeide het bedrijf uit tot markleider: rond 1920 was ruim 90% van alle rondrijdende auto’s in de Verenigde Staten uitgerust met een snelheidsmeter van Stewart-Warner, die inmiddels trouwens in grote lijnen dezelfde techniek als het idee van Otto Schulze gebruikte. Ze waren dan misschien niet de officiële eerste uitvinders van het idee, maar ze wisten de snelheidsmeters dus wel bijzonder goed te verkopen.

Regelgeving omtrent snelheidsmeters: dit is er wereldwijd afgesproken

Wist je dat bijna alle landen dezelfde regelgeving of standaard gebruiken waaraan snelheidsmeters moeten voldoen? Het gaat hierbij om de zogenoemde ‘UNECE regulation R39’ die al sinds 1978 gebruikt wordt. In deze regelgeving zijn de volgende regels opgenomen:

  • De aangegeven snelheid mag nooit lager zijn dan de echte snelheid.
  • De aangegeven snelheid mag nooit meer dan 110% zijn van de echte snelheid, plus 4 km/h correctie.
  • Er zijn testvoorwaarden vastgelegd voor een meting, zoals buitentemperatuur en type wegdek.

Voor massaproductie zijn de regels iets versoepeld:

  • Voor auto’s, vrachtauto’s bussen e.d.: De aangegeven snelheid mag nooit meer dan 110% zijn van de echte snelheid, plus 6 km/h correctie.
  • Voor twee- en driewielers met een maximumsnelheid boven de 50 km/h: De aangegeven snelheid mag nooit meer dan 110% zijn van de echte snelheid, plus 8 km/h correctie.

De opkomst van het digitale dashboard

Aston Martin

We maken een flinke sprong in de tijd, naar 1976 om precies te zijn. Aston Martin introduceerde dat jaar de Lagonda, de eerste auto ter wereld die beschikte over een digitaal dashboard en tiptoetsbediening. Cadillac volgde snel daarna (1978) met een digitaal dashboard in de Seville. De functies waren voor die tijd zeer uitgebreid: een digitale snelheidsmeter, een trip computer, gemiddeld verbruik en ook zaken zoals rijrichting en buitentemperatuur konden worden weergegeven.

Zeker in het begin waren deze instrumentenpanelen verre van betrouwbaar te noemen, maar er volgde al snel verbetering. Door een aantal fabrikanten werd al snel overgeschakeld naar CRT-displays: een kleine versie van de beeldbuis-tv. Deze displays werden aangestuurd door een Z80 CPU, bij de kenners misschien wel bekend als de chip die ook in de beroemde arcademachines van Pac-Man te vinden waren. Dit maakte de instrumentenpanelen vele malen eenvoudiger en betrouwbaarder.

De komst van het digitale dashboard betekende ook het einde van de snelheidsmeter zoals Otto Schulze en Stewart-Warner deze ooit hadden bedacht, want voor de aansturing was nu een digitaal snelheidssignaal nodig. De opkomst van ABS-remsystemen bood gelukkig uitkomst, want hierbij werd gebruik gemaakt van digitale snelheidssensoren. De signalen die deze sensoren produceerden, waren ideaal voor het aansturen van de snelheidsmeter in een digitaal dashboard.

Waar komt het woord dashboard vandaan?

Het woord “dashboard” is afkomstig van koetsen die nog werden voortgetrokken door paarden. Een grote houten plaat voor de voeten van de bestuurder beschermde iedereen in het voertuig tegen opspattend vuil en steentjes. Letterlijk vertaalt betekend dashboard namelijk ‘stoot bord’. Toen de paarden werden ingeruild voor motorblokken, bleef het dashboard bestaan: er spatte nog steeds vuil op vanaf de voorwielen en het bood toch wel enige bescherming. Het dashboard was bovendien een mooie plaats voor bedieningsknoppen en andere instrumenten. Het was dan ook de meest logische plaats om allerlei controle-instrumenten te plaatsen. En daarmee was het dashboard, zoals we het nu kennen, geboren.

GPS als alternatief voor wielsnelheid

In 1990 dacht nog niemand aan GPS als het aankwam op snelheidsmeting, maar voor navigatie was GPS natuurlijk een prachtige uitvinding. Mazda was in 1990 de eerste fabrikant die een auto (de luxe Eunos Cosmos) uitrustte met een op GPS gebaseerd navigatiesysteem. Snelheid kan natuurlijk ook gemeten worden op basis van positie en verplaatsing. Het grote voordeel hiervan is het gebrek aan afwijking in parameters zoals wielomtrek. Het grote nadeel van oudere GPS-software is het feit dat er geen rekening wordt gehouden met eventuele stijging of daling in het wegdek. De gemeten snelheid wijkt daardoor dus af. Nieuwere software maakt echter gebruik van gedetailleerd kaartmateriaal waardoor de stijging of daling wel wordt meegenomen in de snelheidsberekening. Vanwege de inmiddels goede nauwkeurigheid én de mogelijkheid tot datalogging, mag GPS-data als geldig tegenbewijs worden aangevoerd tegen een verkeersboete. Toch wordt tot op vandaag niet alleen op basis van GPS snelheid weergegeven.

Digitaal cluster raakt uit de gratie, maar de elektronica blijft

Hoewel er veel bewondering was voor de digitale clusters, bleef er helaas ook een negatieve sfeer hangen rondom het gebruik ervan. Vooral de journalisten waren erg kritisch: de digitale displays zijn slecht afleesbaar in het zonlicht, ze zijn erg duur wanneer ze defect raken en je mist het snelheidsgevoel dat de bewegende analoge meters je wel geven. Veel autofabrikanten stapten daarom in de jaren 90 toch weer langzaam over naar de oude vertrouwde analoge snelheidsmeters.

Tenminste… zo analoog waren de meeste nieuwe snelheidsmeters helemaal niet. Ja, de meters in het cluster waren voorzien van wijzerarmen, maar deze werden veelal elektronisch aangestuurd. Magnetisme werd ingeruild voor stappenmotoren en de ronddraaiende as was door een digitaal snelheidssignaal definitief overbodig gemaakt. Natuurlijk werd er bij de goedkopere automodellen nog wel teruggegrepen naar het originele ontwerp van Otto Schulze, maar dit was inmiddels niet meer de standaard.

In de jaren die volgden, werden de digitale functies in een instrumentenpaneel toch weer langzaam uitgebreid. De infodisplays werden langzaamaan steeds groter en de functionaliteit werd steeds uitgebreider. Denk bijvoorbeeld aan het weergeven van RDS-informatie (radiocommunicatiestandaard) en navigatie-instructies. Op deze manier groeiden de instrumentenpanelen toch weer uit naar digitale hoogstandjes, ook al geven de analoog uitziende wijzers je een ander idee.

Virtual cockpit en andere innovaties

In 2014 stapte Audi over naar Virtual Cockpit: een volledig LCD scherm waarbij de lay-out zich dynamisch naar de omstandigheden kon aanpassen. Analoge meters worden gesimuleerd weergegeven en daarnaast kan bijvoorbeeld ook het navigatiescherm en de muziekafspeellijst weergegeven worden, zodat de functionaliteiten van het paneel sterk groeit. De technologie is ontwikkeld in samenwerking met het Finse Rightware en maakt gebruik van hun Kanzi-software.

Geheel in trend met de gebogen schermen op mobiele telefoons, komt Bosch eind 2018 met Innovision Cockpit: een gebogen LCD scherm dat speciaal voor de nieuwe VW Touareg gemaakt is. Dit biedt niet alleen meer mogelijkheden voor het interieur-ontwerp van de auto, maar is ook beter afleesbaar, zoals in onderstaande video goed zichtbaar is.

Heeft 3D projectie de toekomst?

Maar hoe gaat de toekomst eruit zien? Hebben we over een aantal jaar nog wel een instrumentenpaneel zoals we deze kennen? Steeds meer fabrikanten zijn namelijk aan het experimenteren met de mogelijkheden van head-up displays (HUDs) waarop bijvoorbeeld de snelheid van het voertuig wordt weergegeven. Jaguar Land Rover presenteerde in augustus van 2019 een head-up display 2.0. In plaats van een los schermpje waar de informatie op wordt getoond, wordt de informatie in 3D op de voorruit geprojecteerd. Niet alleen is de informatie dan beter leesbaar, dan op een ‘conventioneel’ head-up display, maar het biedt daarnaast ook nog een heel scala aan nieuwe opties. Zo kan bijvoorbeeld niet alleen de maximum snelheid geprojecteerd worden, maar ook wanneer je van rijbaan moet veranderen kan er een 3D pijl getoond worden. Aan de passagierskant kan er zelfs een film geprojecteerd worden. Meer over deze bijzondere ontwikkeling is op de website van Jaguar Land Rover te lezen.

dsg7-mechatronic-detail