McPherson

McPherson — это тип независимой подвески автомобиля, в которой конструктивно объединены амортизатор и пружина, а также поворотный кулак, образующие единый узел, называемый стойкой. Данная схема является одной из наиболее распространённых в современном автомобилестроении, особенно для передней оси легковых автомобилей.

История

Конструкция подвески, названная в честь её создателя, американского инженера Эрла Стила Макферсона (Earle Steele MacPherson), была разработана в конце 1940-х годов. В то время Макферсон работал в компании General Motors (GM) и искал способы удешевления и упрощения производства автомобилей, а также снижения их веса. Первоначально он предложил использовать новую схему на малолитражке Chevrolet Cadet, однако проект не пошёл в серию.

В 1950 году Макферсон перешёл в компанию Ford Motor Company, где его разработка была впервые применена на серийных автомобилях. Дебют состоялся на моделях Ford Zephyr и Ford Consul (Великобритания) в 1950 году, а затем на французском Ford Vedette. В 1951 году подвеска McPherson была установлена на Ford Lincoln. В последующие десятилетия схема получила широчайшее распространение, став стандартом для переднеприводных автомобилей, а также для многих заднеприводных и полноприводных моделей.

Устройство и принцип работы

Основным элементом подвески является амортизаторная стойка, которая выполняет одновременно несколько функций:

Направляющий элемент: задаёт траекторию движения колеса.
Демпфирующий элемент: гасит колебания кузова.
Несущий элемент: воспринимает вертикальные нагрузки от пружины.

Основные компоненты

Амортизатор (стойка): гидравлический или газогидравлический цилиндр, внутри которого находится поршень с клапанами. Он обеспечивает гашение колебаний за счёт перетекания жидкости через калиброванные отверстия.
Пружина: установлена концентрично на корпусе амортизатора. Она воспринимает вес автомобиля и обеспечивает упругость подвески.
Верхняя опора стойки: крепится к кузову (чаще всего к усилителю чашки крыла) и позволяет стойке поворачиваться при рулении. Обычно включает в себя подшипник (опорный подшипник) и резиновый упругий элемент (буфер сжатия).
Поворотный кулак: жёстко соединяется с корпусом амортизатора (или его штоком) и несёт на себе ступицу колеса и тормозной механизм. В передней подвеске кулак имеет рычаг (сошку) для крепления рулевой тяги.
Нижний поперечный рычаг: одним концом шарнирно крепится к кузову или подрамнику, а другим — к поворотному кулаку (через шаровую опору). Он удерживает колесо в поперечной плоскости и воспринимает боковые и продольные силы.
Стабилизатор поперечной устойчивости: торсионная штанга, соединяющая левую и правую стойки (или нижние рычаги) через стойки стабилизатора. Уменьшает крены кузова в поворотах.

Кинематика

В подвеске McPherson колесо крепится к стойке, которая может качаться в вертикальной плоскости относительно нижнего рычага. Верхняя точка стойки зафиксирована на кузове, поэтому при движении колеса вверх-вниз стойка отклоняется от вертикали, описывая дугу. Нижний рычаг задаёт траекторию движения колеса в поперечном направлении. Рулевое управление воздействует на поворотный кулак через рулевую тягу, заставляя стойку вращаться вокруг своей оси (вместе с пружиной и амортизатором) в верхней опоре.

Классификация и разновидности

Хотя базовая схема едина, существуют конструктивные модификации:

По типу амортизатора: гидравлические (масляные) и газогидравлические (газомасляные). Газовые стойки (с низким давлением азота) менее склонны к вспениванию масла и обеспечивают более стабильное демпфирование.
По расположению пружины: в классическом варианте пружина надета на амортизатор, но встречаются схемы с отдельно стоящей пружиной (например, на некоторых моделях Chrysler, где пружина расположена между нижним рычагом и кузовом, а стойка выполняет только демпфирующую функцию).
По типу верхней опоры: с подшипником качения (для передних управляемых колёс) и без него (для задних колёс, если подвеска применяется на задней оси).
Модифицированный McPherson (L-образный рычаг): в некоторых конструкциях (например, на Honda) нижний рычаг выполняется в виде буквы «L», что позволяет воспринимать продольные силы (торможение/разгон) без дополнительных реактивных тяг.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Компактность: стойка занимает мало места в моторном отсеке, что особенно важно для переднеприводных автомобилей с поперечным расположением двигателя.
Простота и технологичность: относительно небольшое количество деталей (по сравнению с двухрычажной подвеской) упрощает сборку на конвейере и снижает себестоимость.
Малый вес: конструкция легче, чем многорычажные или двухрычажные схемы.
Большой ход подвески: позволяет обеспечить приемлемую энергоёмкость и комфорт на неровных дорогах.
Удобство обслуживания: замена амортизатора (стойки в сборе) часто не требует сложной разборки подвески.

Недостатки

Изменение углов установки колёс: при работе подвески (особенно при больших ходах) происходит изменение развала и схождения колёс, что может ухудшать управляемость и устойчивость на предельных режимах.
Передача вибраций и шума: жёсткое крепление стойки к кузову через верхнюю опору способствует передаче дорожного шума и вибраций в салон.
Чувствительность к дисбалансу: люфты в верхней опоре или износ амортизатора сильно влияют на управляемость.
Ограниченная кинематика: невозможность обеспечить оптимальную траекторию движения колеса (как, например, в двухрычажной подвеске) при агрессивном вождении или на гоночных автомобилях.
Сложность регулировки развала: на многих моделях развал колёс не регулируется (или регулируется только за счёт смещения верхней опоры), что требует точности при ремонте.

Применение

Подвеска McPherson является доминирующей схемой для передней оси большинства легковых автомобилей классов B, C, D, а также многих кроссоверов и внедорожников. Она используется на таких моделях, как:

Volkswagen Golf, Passat, Jetta
Toyota Corolla, Camry, RAV4
Ford Focus, Mondeo, Kuga
Hyundai Solaris, Elantra, Tucson
Lada Vesta, Lada XRAY (передняя подвеска)
BMW 3 серии (E46, E90 и др.)

На задней оси McPherson применяется реже, обычно на бюджетных автомобилях (например, на Daewoo Matiz, некоторых моделях Kia и Hyundai) или на старых моделях (например, Ford Sierra). В современных автомобилях задняя подвеска чаще бывает полузависимой (балка) или многорычажной.

Интересные факты

Эрл Макферсон запатентовал свою конструкцию в 1947 году, но патент был выдан только в 1953 году.
В русскоязычной технической литературе и среде автолюбителей подвеску часто называют «стойкой Макферсон» или «свечой» (хотя последнее название не совсем корректно, так как «свеча» — это тип подвески с вертикальным направляющим элементом, а McPherson имеет наклонную стойку).
Несмотря на кажущуюся простоту, кинематика подвески McPherson математически сложна, так как стойка совершает сложное качательное движение, а не простое вертикальное перемещение.
В гоночных автомобилях (например, в Формуле-1) подвеска McPherson не применяется из-за её кинематических ограничений, однако в раллийных автомобилях (WRC) она иногда используется на передней оси.

Источники

Автомобильные справочники Bosch. «Автомобильная техника». — М.: За рулём, 2012.
Раймпель Й. «Шасси автомобиля. Конструкции и кинематика». — М.: Машиностроение, 1983.
Патент US 2660459A (Earle S. MacPherson, 1953).
Статья «MacPherson strut» в энциклопедии «How Stuff Works».
Материалы технических курсов по устройству автомобиля (Учебные центры Bosch, Delphi).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →