Американский инженер Эрл Стил Макферсон в том направлении своей деятельности, что он посвятил General Motors, был одним из лидеров проекта Cadet – недорогого автомобиля, который планировали поставить на конвейер вскоре после окончания Второй мировой. Для «Кадета» Макферсон придумал новую независимую подвеску, компактную и дешевую в массовом производстве. Послевоенный бум на традиционную продукцию автоиндустрии в США привел к замораживанию проекта. Макферсон остался не у дел, но вскоре получил предложение от компании Ford, где сумел реализовать часть своих идей. Так подвеска Макферсона была установлена на Ford Vedette для французского рынка (1948) и Ford Zephyr для британского (1950).
В наши дни схема Макферсона является доминирующей в конструкции передней подвески автомобилей. Сам Эрл Макферсон предполагал ставить свою подвеску на всех колесах «Кадета», а знаменитый британский конструктор Колин Чепмен в 57-м применил ее, с минимальными модификациями, на задних колесах своего Lotus Elite, из-за чего в специальной литературе на английском часто говорят о подвеске Чепмена, когда речь идет о задних колесах.
Стержневым, как в переносном, так и в самом прямом смысле, элементом подвески Макферсона является направляющая стойка (она же – качающаяся свеча). В классическом варианте стойка Макферсона представляет собой амортизаторную стойку, закрепленный на ее вершине буфер сжатия и охватывающую оба этих элемента пружину. Верхняя часть стойки с помощью резиновой втулки крепится к брызговику крыла, нижняя – соединяется с поворотным кулаком.
В истории были отклонения от этого шаблона. Например, на Mercedes-Benz W124 и «Фордах» платформы Fox (1978-93) пружина и амортизаторная стойка были смонтированы отдельно друг от друга, а на первом поколении Porsche 911 вместо пружины в качестве упругого элемента вообще использовали торсион.
Список основных элементов подвески Макферсона также включает подрамник, поперечный рычаг, поворотный кулак и стабилизатор поперечной устойчивости (нередко играет роль части рычага).
Подрамник является несущим элементом подвески. Для снижения уровня шумов и вибраций он крепится к кузову посредством резинометаллических сайлентблоков. К подрамнику в свою очередь присоединены опоры поперечного рычага, стабилизатор поперечной устойчивости и элементы поворотного механизма.
Каждый поперечный рычаг соединяется с подрамником в двух местах с помощью резиновых втулок. Двойное крепление рычага обеспечивает необходимую жесткость в продольном направлении. Другим концом поперечный рычаг через шаровую опору соединен с поворотным кулаком. Поскольку поперечный рычаг в подвеске Макферсона, по сути, один, он чаще всего имеет треугольную форму для большей жесткости.
Поворотный кулак обеспечивает поворот колеса через шарнирное соединение с рулевой тягой. В верхней части поворотный кулак закреплен на амортизаторной стойке. В нижней – соединен с поперечным рычагом. Дополнительным рычагом выступает наконечник рулевого механизма, соединенный с поворотным кулаком шаровой опорой.
Такая конструкция имеет ряд преимуществ. Во-первых, простота изготовления, а значит, невысокая стоимость узла. Во-вторых, вертикальная ориентация подвески оставляет много места в подкапотном пространстве. Этот фактор способствовал распространению подвески Макферсона на компактных автомобилях с передним приводом, так как для них стандартом стало поперечное соосное расположение двигателя и коробки передач. В-третьих, у подвески большой ход, препятствующий пробоям. В- четвертых, оперируя наклоном стойки, инженеры могут легче получить плечо обкатки (эта важная характеристика показывает расстояние от линии пересечения срединной плоскости колеса с поверхностью дороги до точки пересечения оси поворота с той же поверхностью) как отрицательным, так и вовсе нулевым. Еще легче стало добиваться нужных показателей, когда конструкторы группы VW-Audi в начале 70-х придумали ставить шаровой шарнир не у нижней точки стойки, а ближе к колесу. В-пятых, масса неподрессоренных частей при использовании стоек Макферсона относительно мала.
Но и недостатков у подвески на качающихся свечах хватает. В первую очередь, это касается кинематики: при большом ходе подвески угол наклона колеса к вертикальной плоскости будет меняться в значительных пределах. Это означает ухудшение устойчивости и управляемости автомобиля из-за снижения сцепления его колес с дорожным покрытием. Передача усилий на сравнительно слабый брызговик крыла при езде по плохим дорогам и при работе подвески «на пробой» приводит к разрушению точек крепления стоек, поэтому подвеска Макферсона пригодна, главным образом, для эксплуатации на хороших дорогах. Высокая нагруженность стоек приводит к поломкам, требующим полной их замены, что является сложной и дорогостоящей операцией. И, наконец, для подвески Макферсона характерна недостаточная компенсация «клевка» при торможении. Особенно это характерно для старых моделей, где плечи стабилизатора поперечной устойчивости выполняли функцию части поперечного рычага подвески.
Таким образом, круг применения подвески Макферсона довольно ограничен типажом транспортных средств. Это, как правило, городские машины с умеренным темпераментом и небольшой грузоподъемностью. На автомобилях, требующих высокой точности управления, оснащенных двигателями с мощностью далеко за 200 л. с., а также предназначенных для движения по неровному покрытию или с тяжелым грузом, должны использоваться иные типы передней подвески.
Впрочем, конструкторы ведущих автомобильных компаний регулярно пробуют различные усовершенствования, призванные смягчить врожденные недостатки свечной подвески. Здесь можно выделить два подхода.
Первый (например, стойки Ford Revo Knuckle или GM Hi Per Strut) состоит в том, что единые прежде поворотный кулак и амортизаторную стойку разделяют дополнительными шарнирами. Это уменьшает величину плеча обкатки, а значит, позволяет сократить паразитный момент, вызывающий самопроизвольное силовое подруливание, нарушающее точность управления автомобилем. Кроме того, верхняя точка крепления стойки больше не нуждается в опорном подшипнике, ведь сама стойка теперь не поворачивается, а лишь качается в поперечном направлении. Второй подход заключается в добавлении короткого поперечного рычага в верхней части подвески, фактически превращая ее в гибрид классического Макферсона с «двухрычажкой». В обоих случаях кинематика улучшается, но растут вес и стоимость подвески. Однако сам факт, что над совершенствованием схемы Макферсона продолжают работать, говорит о том, что подвеску на направляющих стойках рано списывать со счетов.
Текст: Серик Туленов
Фотоматериал производителей