Понимание дорожных знаков: формы, цвета и ретрoreфлекторные технологии

Общие сведения

Дорожные знаки используют формы, цвета, слова и символы для передачи сообщения водителям. Без знаков дорожное движение было бы хаотичным и непредсказуемым. Практически все знаки используют ретрoreфлекторную пленку, отражающую часть света фар обратно к водителю для ночной видимости. Цвет и форма также дают подсказки даже когда надписи/символы неразборчивы. Регуляторные знаки (лимиты скорости) — обычно прямоугольные на белом фоне. Знак «Стоп» — отличный восьмиугольник на красном фоне для привлечения внимания.

Проектировщики должны использовать форму и свойства материалов для создания знаков, которые водители видят и понимают вовремя для реакции. Контраст — яркость символов относительно фона — критичен. Окружающий фон — обычно зеленая растительность и голубое небо — также учитывается. Рамка вокруг всех знаков выделяет их как геометрические фигуры на фоне природы.

Для единообразия федерально утвержденный Руководство по единообразным устройствам дорожного регулирования (MUTCD) задает спецификации размеров и символов. Кроме того, MUTCD требует, чтобы все знаки были либо ретрoreфлекторными, либо освещенными.

История

В начале 1900-х американцы создавали автомобильные клубы. Они сами маркировали местные участки трасс знаками для предупреждения и навигации. Разрозненные усилия дали множество дизайнов и сообщений на разных участках — путаницу у водителей. В 1924 г. Bureau of Public Roads предпринял первые шаги к национальной унификации. Проектировщики столкнулись с задачей знаков для преимущественно неграмотных водителей. Поэтому цвет и форма были ключевыми компонентами с самого начала.

Ранние знаки не имели ретрoreфлекторных технологий. В 1924 г. ярко-желтый выбрали фоном для всех предупреждающих знаков, белый — для остальных. Эти светлые цвета давали максимальный контраст с черными буквами, особенно в фарах ночью. Позже использовали стеклянные шарики для ретрoreфлекторного эффекта. Шарики ~20 мм диаметром клеили на знаки в форме цифр (лимит скорости) или символов для ночного информирования.

Разработка 3M в 1940-х ретрoreфлекторной пленки изменила лицо дорожных знаков навсегда. Материал с рефлекторными элементами — стеклянными шариками на или под прозрачной пленкой — дал лучшую ночную видимость. В отличие от диффузного и зеркального (спекулярного) отражения, ретрoreфлексия возвращает часть света к источнику. При диффузном отражении свет рассеивается во все стороны (солнце от машины). При зеркальном — свет отражается под противоположным углом (как билярдный шар от банды). Ретрoreфлекторный материал «сгибает» лучи обратно к источнику.

Первый знак с рефлекторной пленкой установлен на окраине Миннеаполиса в 1939 г. Покрытие мелкими стеклянными шариками давало нужную ретрoreфлективность. Но грязь накапливалась на зернистой поверхности, а при дожде вода покрывала шарики, снижая эффект.

Проблемы решили за пару лет. Разработали закрытую линзовую систему — покрыли шариковую пленку прозрачной пленкой, сохраняющей ретрoreфлективность. Этот тип — «flat-top sheeting» — теперь известен как engineering grade (инженерный класс). Самый экономный, для зон с легким трафиком и низкими скоростями.

Следующий прорыв — конец 1960-х: инкапсулированная линзовая пленка — добавление смолистой базы и дополнительного рефлекторного слоя за шариками. Материал в 3–4 раза ярче инженерного, дольше сохраняет ретрoreфлективность — сейчас самый распространенный тип.

Еще одна инновация 1989 г. — микропирамидальные рефлекторы вместо стеклянных шариков. ~7000 микропирамид на кв.дюйм (~10 на мм²) дают ~3× яркость инкапсулированной линзы. Самый долговечный и дорогой высокопроизводительный класс.

Сырье

Дорожный знак — три базовые части: подложка (blank), фоновая пленка, образец знака (copy). Подложки — фанера, алюминий, сталь. Фанера — дешевле, довольно прочна, но пориста, уязвима к погоде — требует тонкого пластикового оверлея. Алюминий не ржавеет, но очень легок — нужны металлические ребра сзади. Самый дорогой. Сталь — экономичнее алюминия, прочнее, не нуждается в усилениях. Ржавление предотвращает цинковое покрытие.

Фоновая пленка и буквы/символы вырезают из ретрoreфлекторной пленки. Состоит из микроскопических стеклянных шариков или микропирамид во гибком пластике — свет фар отражается от знака обратно к водителю. Окрашенный свет отражается, если пленку окрасили пигментом. Для «Стоп» — красный пигмент в жидкой смеси пленки.

Производственный процесс

Производство может варьироваться в зависимости от типа клея пленки (термо- или давио-чувствительного) и методов окраски (шелкография, травление и др.). Многие знаки проходят следующий процесс с термоклеем.

Резка подложки

• 1 Подложку режут, обычно из листа стали или алюминия, ножничным станком или ленточной пилой. Углы скругляют режимом закругления на штамповочном прессе. Отверстия для монтажа пробивают или сверлят.

Проверка подложек

• 2 Проверяют на дефекты и контаминацию. Поверхность должна быть чистой для адгезии фоновой пленки. Тест «Tape Snap»: кусок скотча клеят на сухую поверхность и резко дергают под 90°. Цвет/частицы на скотче = контаминация. Масло/воск — тест «Water Break»: вода литая на поверхность должна равномерно стекать; каплюобразование = контаминация.

Обезжиривание подложек

• 3 Поверхность протирают минеральными спиртами или нафтой от жирных отпечатков. Сушат безворсовой тканью до испарения растворителя. Затем обезжиривают погружением в ванну с парами трихлорэтилена или перхлорэтилена. Можно щелочные растворы вместо паров. Промывка водой не требуется.

Резка ретрoreфлекторных листов

• 4 Ножницами, бритвами, ножом или бумажорезателем вручную режут отдельные фоновые листы. Несколько листов — ленточной пилой. Прослеживают контур знака на стенку 3,2 мм, кладут на ~50 листов, фиксируют на твердой базе. Ленточная пила режет по контуру.
• 5 Буквы и символы выбивают из белой/черной ретрoreфлекторной пленки вручную или «кликер-прессом». До 29 листов за раз; резающие штампы (как формочки для теста) делают нужные символы.

Нанесение пленки на подложку

• 6 Защитную подложку на лицевой стороне фоновой пленки снимают одним движением и наносят на сухую подложку. Знак прогоняют через крупный роликовый пресс для удаления пузырьков воздуха между пленкой и подложкой. Обрезают края.

Нагрев знака

• 7 Знак в тепловой вакуумной камере на 1 минуту, извлекают, остужают перед нанесением образа и рамки. Роликовый пресс или ручной валик проходят по образу для удаления пузырьков. Знак закрывают скользящей пленкой и снова в тепловую вакуумную камеру на 1 минуту.

Будущее

Хотя экзотические идеи вроде голографических знаков над дорогой обсуждаются, вероятнее обычные уточнения для лучшей видимости, особенно ночью. Внутренне освещенные знаки уже используются в Неваде и Калифорнии. Городские зоны — Лас-Вегас Strip как крайний случай — часто ярко освещены ночью, ретрoreфлекторные знаки труднее читать. Электрические знаки с внутренними лампами, освещающими полупрозрачный образ, делают их значительно заметнее.

Высеченный и раскрашенный знак 1875 г. из Беркс-каунти, Пенсильвания, достаточно был, когда транспорт двигался 5–6 км/ч. (Из коллекций هنري Форд музей и Гринфилд Вилладж.)

С 1880-х, задолго до автомобильного века, Лига американских велосипедистов (League of American Wheelmen) лоббировала лучшие дороги и знаки. Их усилия позже расширили автоклубы. Знаки должны были быть читаемы с расстояния в темную ночь и яркий день на разнородных фонах. Давать лаконичную информацию на достаточной дистанции для решения и безопасного маневра. По мере роста дальних поездок стандартизация становилась желательной.

Интересно: по мере роста автопутешествий компании отвечали уникальными дорожными знаками. В 1930-х искали дизайн-фичи для своевременных решений даже на «безумещей» скорости 56 км/ч. Texaco возглавила крупные нефтяные компании, заменив региональные заправки стандартизированным дизайном в 1936 г. Проект Уолтера Дорвина Тига — айс-бокс форма, белый с тремя зелеными полосами и красной звездой Texaco. Отверстое банджовидное знако с эмблемой стоял впереди. С четверти мили водитель знал — Texaco, не читая слово.

Уильям С. Претцер

Interplex Solar разработала самоосвещающиеся знаки на светодиодах (LED) от солнечных батарей. LED, как в калькуляторах, обводят буквы, символы, рамку. Фотоэлемент включает/выключает по освещенности. Уже 5 штатов тестировали или заказали эти высоковидимые знаки. Цена ~$450 (~5× обычного знака) ограничит применение опасными участками и высокоаварийными перекрестками.