Чем плох McPherson и почему он не сдается без боя

Чем динамичнее разгон, тем крепче за «баранку» держится шофер. Говорят, это от страха. И ведь не оспоришь, ибо так оно и есть: чем быстрее разгоняется автомобиль, тем менее безопасным он становится для того, кто его разгоняет.

А все почему? Потому что любая машина не может быть одинаково хорошо управляемой во всем доступном ей диапазоне скоростей и траекторий движения. И если говорить о скоростях, то чем они выше, тем существеннее становятся силы, которые норовят сбить направляющие колеса с намеченного водителем курса с последующим уводом автомобиля с выбранной траектории и всеми вытекающими из этого обстоятельства небезопасными последствиями.

Парадоксально, но из-за указанной причины более всего бояться и крепче держаться за руль следует водителям машин, оснащенных самой распространенной, а у нас еще и особо почитаемой любителями ремонта за минимальные деньги однорычажной подвеской, именуемой также McPherson по фамилии создателя.

8 фото и текст.





Как стать почетным рационализатором

Эрлом Стилом МакФерсоном двигало желание упростить и этим удешевить переднюю подвеску. И он своего добился. В отличие от традиционных на то время подвесок с двумя треугольными поперечными рычагами, расположенными друг над другом, в подвеске McPherson имеется лишь один нижний рычаг.

Причем в конструкции, разработанной непосредственно МакФерсоном, этот рычаг был даже не треугольный, а одинарный. Однако рычаг, крепящийся к кузову лишь в одной точке, не способен противостоять продольным силам, действующим на колесо, и удерживать его в необходимом направлении. Чтобы замкнуть треугольник, в качестве второго плеча МакФерсон использовал стабилизатор, но это было лишь полдела. Главное заключалось в том, чему разработчик доверил функцию второго рычага, ведь колесо тоже не может крепиться лишь в одной точке.



Амортизатор мало похож на рычаг, но именно амортизаторная стойка с верхним креплением к кузову и нижним креплением к ступице колеса заменила верхний рычаг. Более того, корпус амортизатора, поворачивающийся вместе с колесом вокруг собственного штока, заменил собой шкворень. Как вознаградила компания Ford, в которой работал Эрл Стил МакФерсон, своего конструктора, доподлинно неизвестно, но в СССР такая рационализация точно потянула бы на звание заслуженной и почетной. Первым серийным автомобилем, в котором нашло применение такое техническое решение, был Ford Vedette образца 1948 года.



Просто, дешево, но не сердито

За однорычажную идею пусть не сразу, но ухватились все. Сокращение вдвое деталей подвески обеспечивало такое же удешевление их производства. Вся конструкция представляет собой единый монтажный узел, а стало быть, упростилась и опять-таки удешевилась конвейерная сборка. По причине меньшего числа изнашивающихся шарниров проще и дешевле стал ремонт. Но главное, что благодаря компактности подвеска McPherson как нельзя лучше подходила для переднеприводных автомобилей с поперечным расположением двигателя. Все эти достоинства и обеспечили то, что лет через десять-пятнадцать после изобретения McPherson стал «номером 1» среди подвесок.

Но у медали, как известно, две стороны. Выполняя функции направляющего элемента, амортизатор получил и нагрузки, которые в двухрычажной подвеске испытывал верхний рычаг. Отсюда высокое трение штока о направляющую, износ и более быстрый выход амортизатора из строя. Кроме того, в подвеске McPherson удары и вибрации передавались на верхнюю опору амортизатора, а значит, непосредственно кузову, поэтому по ездовому комфорту машины с однорычажными подвесками проигрывали автомобилям, в которых амортизатор выполнял только демпфирующую функцию. Впрочем, сегодня эти недостатки McPherson мало актуальны. Конструкторы и технологи в шапку не спали — долговечность амортизаторов улучшили, кузов изолировали с помощью подушек и подрамников. Однако против врожденных кинематических недостатков McPherson инженеры оказались бессильными.

Плечо обкатки

В стойках McPherson колесо поворачивается относительно верхней опоры амортизатора и шаровой опоры рычага. Для курсовой стабильности и устойчивости автомобиля желательно, чтобы продолжение линии, проходящей через центры опор, пересекало пятно контакта шины с дорогой с внешней стороны от центра этого пятна. Для McPherson такая геометрическая задача непосильна, потому что есть предел, до которого компоновка моторного отсека позволяет наклонять стойку. Расстояние, остающееся между точкой пересечения оси поворота колеса и центром пятна контакта шины, называется плечом обкатки. Чем оно больше, тем существеннее влияние на управляемость сил, действующих на колесо по центру его контакта с дорогой.

Пока автомобиль едет прямо по ровной дороге, ничего страшного, так как моменты от указанных сил по правому и левому колесу симметрично уравновешиваются. Проблемы начинаются, когда автомобиль движется в повороте или когда одно из колес перекатывается через неровность. В первом случае возникает разница между крутящими моментами, передаваемыми правому и левому колесам. Во втором изменяется положение центра пятна контакта с дорогой одного из колес. В любом случае симметрия нарушается, появляется дисбаланс моментов от сил, прилагаемых к колесам, который по обратной связи оказывает негативное силовое воздействие на рулевое управление. При резком разгоне, движении в условиях изменяющегося сцепления колес с дорогой это явление также возможно. Водителем оно ощущается как самопроизвольная попытка автомобиля сойти с траектории и вызывает необходимость подруливания. Чем выше скорость, чем круче вираж, тем серьезнее сказывается этот недостаток McPherson на устойчивости машины.

А мощности и скорости растут, что не могло не отразиться на популярности McPherson у разработчиков автомобилей. На моделях малых размерных классов, где однорычажная подвеска в силу своей компактности исключала проблемы, связанные с размещением двигателя и навесного оборудования в подкапотной тесноте, ее позиции остались непоколебимыми. В остальных случаях предпочтение начали отдавать двух-, а то и вовсе многорычажным подвескам, как, например, в Audi A4/A6, VW Passat B5, Mazda6 или Peugeot 407.





Ни шагу назад

Выяснилось, однако, что и у McPherson есть еще порох в пороховницах.

Подтверждение тому — однорычажные конструкции, появившиеся под громкими названиями вроде HiPerStrut или RevoKnuckle в последние несколько лет у General Motors, Ford, Renault и некоторых других компаний.



Если не обращать внимания на особенности, их общий смысл состоит в том, что единые прежде поворотный кулак и амортизаторную стойку разделили шарнирными соединениями.



В результате поворотный кулак получил возможность вращаться вокруг стойки. Это не избавило однорычажную подвеску от ее врожденного недостатка, зато позволило уменьшить плечо обкатки более чем в два раза по сравнению с традиционным McPherson и тем самым существенно снизить паразитный момент, вызывающий самопроизвольное силовое подруливание, нарушающее точность управления автомобилем.



Разумеется, сразу же видны и минусы «гиперштрутов» и «ревокнаклей». Подвеска стала сложнее и дороже. Ухудшилась ее ремонтопригодность, увеличилась стоимость ремонта. Стал больше вес, а это неподрессоренные массы, которые ухудшают плавность хода. Однако сомнительно, что по всем этим параметрам нью-McPherson уступают многорычажным подвескам наподобие тех, что используются в VW Passat B5 или Peugeot 407.

К тому же, учитывая, что колесо во всех нью-McPherson поворачивается не относительно штока амортизатора, а вокруг оси, проходящей через добавленные шарниры, шток разгрузился и должен меньше изнашиваться, а значит, амортизатор при прочих равных условиях, скорее всего, выйдет из строя позже, чем в обычном McPherson. По этой же причине можно упростить конструкцию опор стойки, что частично способно компенсировать увеличение затрат на изготовление и ремонт усовершенствованной «однорычажки».

McPherson по-прежнему небезупречен. Однако помимо недостатков у этой подвески есть неоспоримые достоинства, благодаря которым можно прогнозировать, что в обозримом будущем она вряд ли позволит конкурирующим конструкциям уложить себя на лопатки.

источник