Verkeerslichten: Techniek, Geschiedenis en Toekomstige Innovaties

Achtergrond

Verkeerslichten – algemeen stoplichten genoemd – regelen voertuigstroom op kruispunten door visueel aan te geven wanneer te stoppen, vertragen of door te rijden. Ze kunnen ook toestemming voor afslaan signaleren. Sommige worden handmatig of op simpele timers bediend, wat een vaste volgorde tussen wegen toestaat, terwijl andere geavanceerde elektronische controllers gebruiken die fasen in realtime aanpassen op basis van verkeersdichtheid en tijdstip. Verkeersingenieurs vertrouwen op deze apparaten om congestie te verminderen en veiligheid te verbeteren voor zowel automobilisten als voetgangers.

Het eerste verlichte signaal verscheen in 1868 in Londen, met handmatig bediende gaslampen en semafoorarmen. Kort daarna ontplofte het, wat een agent dodelijk traf. Het eerste elektrische signaal arriveerde in 1914 in Cleveland, met een summer om automobilisten te waarschuwen voor komende wijzigingen. New York City installeerde in 1918 het eerste drie-kleur (groen, geel, rood) signaal, en Los Angeles combineerde lichten met een gong en semafoorborden.

Een modern systeem bestaat uit drie subsystemen: de signaallantaarnstapel, ondersteunende palen of armen, en de elektronische controller. De stapel bevat typisch drie verticaal gerangschikte lichten – groen onderaan, geel in het midden, rood bovenaan – om kleurenblinde chauffeurs te helpen. Elk licht heeft een Fresnellens, vaak afgeschermd met een kap, om de straal te focussen en zichtbaarheid in heldere omstandigheden te verbeteren. De controller, gehuisvest in een weerbestendige doos, orchestreert de lichtvolgorde en kan weggebaseerde sensoren incorporeren om verkeersstroom te detecteren.

Grondstoffen

De behuizing of lichaam van elke signaalstapel is meestal gemaakt van corrosievast aluminium; sommige fabrikanten gebruiken gegoten polypropyleen. Lensmateriaal kan getint glas of kunststof zijn. Langlevende lampen – typisch high-intensity discharge of LED – zijn gemonteerd in gepolijste metalen reflectoren. Kappen zijn vervaardigd van aluminium of gegoten kunststof. Ondersteunende palen zijn gegalvaniseerd staal of glasvezel voor sterkte en duurzaamheid. Controllers verblijven in staal- of aluminiumbehuizingen, met schakelaars, relais en timers van gespecialiseerde leveranciers. Bedrading is koper met zware neopreen- of plasticisolatie.

Het Productieproces

Verkeerslichten worden in een fabrieksfaciliteit gemonteerd voordat ze op locatie geïnstalleerd worden.

Geïnstalleerd in Detroit in 1920, dit was de landelijke eerste drie-kleur, vier-richtingen verkeerslicht. (Uit de collecties van Henry Ford Museum & Greenfield Village.)

Vroege 20e-eeuwse straten waren niet ontworpen voor automobielen, die wegen deelden met paardenwaaien, fietsers en voetgangers. Initieel verkeersbeheer steunde op politieagenten met handsignalen, wat leidde tot frequente verwarring. In de jaren '20 introduceerde uitvinder Morgan Garrett een automatisch systeem met een semafoor-stijl arm en een intermediaire positie equivalent aan modern geel, wat chauffeurs toestond veranderingen te anticiperen. Garrett's ontwerp werd later overgenomen door General Electric, dat elektrische, drie-licht, vier-richtingen signalen produceerde.

De Signaalstapel Maken

• Behuizing, lensdeur en lampdeur worden onder hoge druk in een staalmalt gegoten. Vloeibaar aluminium wordt bij ~2.000 psi geïnjiceerd, afkoelend in ~15 seconden. Het proces levert ~30 onderdelen per uur.
• Na afkoeling worden onderdelen getrimd met een stempelmat, geïnspecteerd, en graten verwijderd. Deuren worden gefreesd voor nauwkeurige pasvorm en gemonteerd met scharnierpennen en veersloten. Geschilderde stapels worden daarna gereinigd, geschilderd en in een oven gedroogd.
• In de finale montagezone worden lampen, houder, reflectoren en lenzen geïnstalleerd. Roestvrijstalen bevestigingsmiddelen bevestigen componenten, en weerbestendige pakkingen zelen lenzen. Bedrading loopt door de holle behuizing naar het montagepunt.

De Controller Maken

• De controllerbehuizing wordt gegoten of gefabriceerd, getrimd, gefreesd en geschilderd. Binnenin houden montagepunten de controleprintplaten. Fabrikanten kunnen de elektronica in-house monteren of uitbesteden aan gespecialiseerde leveranciers.

De Ondersteuningen Maken

• Ondersteuningen worden gegoten, gesponnen of gefabriceerd in holle structuren met ingebouwde aftakelingsdozen. Decoratieve details kunnen signalen laten samensmelten met lokale architectuur, en sommige installaties hangen stapels van staalkabels over het kruispunt.

Installatie

• Ondergrondse geleidingen verbinden de controller met elke signaalondersteuning, en draden worden getrokken. Stroom wordt naar de controller geleid. Als wegen sensoren geïnstalleerd zijn, verbinden ze ook met de controller. Ondersteuningen worden bebolt, en signaalstapels gemonteerd. Bedrading wordt over alle componenten verbonden. Elk licht wordt fijn-afgesteld, controller timers ingesteld per specificaties, en het systeem ondergaat meerdere testcycli.

Kwaliteitscontrole

Productie volgt standaardinspecties en statistische kwaliteitscontroles gebruikelijk in industriële productie. Installatie wordt beoordeeld door een instantie elektrisch inspecteur, wat naleving van de National Electrical Code en alle relevante federale, staatelijke en lokale verordeningen waarborgt. Een geregistreerde professionele ingenieur moet plannen goedkeuren om te bevestigen dat verkeersbeheersapparaten nationale standaarden halen.

De Toekomst

Vooruitgang in computing zal verkeerslichten steeds intelligenter maken. Remote activatie stelt noodvoertuigen in staat groene lichten in hun richting te bevelen. Stedelijke netwerken van geïntegreerde controllers kunnen verkeersstroom synchroniseren, congestie verminderen, en voertuigen omleiden tijdens piekuren. Opkomende technologieën omvatten snelheidswaarschuwingsapparaten en real-time incidentdetectie om veiligheid en efficiëntie te verbeteren.