Co to jest kolumna MacPhersona?

Wynalazcą kolumny MacPhersona, jak wskazuje na to nazwa jest amerykański inżynier Earl S. MacPherson. Earl pracował w latach 30. w koncernie GM. Po wojnie przeniósł się do brytyjskiego oddziału Forda, gdzie wprowadził swój wynalazek po raz pierwszy do modelu Vedette. Nie doczekał momentu, gdy jego rozwiązanie zaczęto stosować na wielką skalę w samochodach przednionapędowych, ponieważ zmarł w 1960 roku.

Kolumna MacPhersona miała być już w założeniu tanim, prostym i zajmującym niewiele miejsca przednim zawieszeniem, które będzie się składało tylko z kilku elementów. Ideą konstrukcyjną jest podparcie ćwiartki samochodu na kole mocowanym do nadwozia w dwóch punktach – górne mocowanie na łożysku amortyzatora i dolne mocowanie przy użyciu poprzecznego wahacza. Kolumna, o której mowa to zespół amortyzatora i sprężyny oraz zwrotnicy w postaci jednego elementu. A zatem kolumna MacPhersona jest elementem pełniącym jednocześnie funkcję prowadzącą, resorującą, tłumiącą i skręcającą. Za prowadzenie odpowiada dolny wahacz poprzeczny pojedynczy lub trójkątny. Resorowanie i tłumienie to rola kolumny składającej się z amortyzatora i sprężyny. Za kierowanie odpowiada zwrotnica połączona z kolumną amortyzatora. Warto przy tym zauważyć, że cała kolumna MacPhersona obraca się na górnym łożysku w czasie, gdy kierowca kręci kierownicą.

Podsumowując, kolumna MacPhersona jest nią wtedy, gdy spełnione są wszystkie następujące założenia:

• jest to zawieszenie przednie,

• amortyzator, sprężyna i zwrotnica tworzą po zamocowaniu w aucie jeden element,

• za prowadzenie odpowiada jeden wahacz poprzeczny, mocowany do dolnej części zwrotnicy,

• amortyzator obraca się względem swojej osi gdy obracamy kierownicą.

Jeżeli jakiekolwiek zawieszenie nie spełnia wszystkich powyższych założeń jednocześnie, to nie jest już kolumna MacPhersona. A zatem, nie jest nią na pewno zawieszenie tylne jakiegokolwiek samochodu. Nie jest nią też zawieszenie składające się z więcej niż jednego wahacza na koło. Nie jest kolumną również rozwiązanie Opla HiPerStrut, ponieważ amortyzator nie obraca się podczas skręcania – tu zastosowano oddzieloną zwrotnicę.

Największą zaletą tego rozwiązania jest prosta, zwarta i kompaktowa budowa, która doskonale odnalazła się w samochodach z silnikiem umieszczonym poprzecznie z przodu, napędzającym przednie koła. Jest też konstrukcją lżejszą od wielowahaczowych oraz bardzo tanią w produkcji i obsłudze. Długi i stosunkowo gruby amortyzator wraz z elementami trzymającymi sprężynę umieszczony jest niemal pionowo, a zatem nie przeszkadza w tworzeniu małych samochodów.

MacPherson ma też dobrą kinematykę dla samochodów stosunkowo prostych i niezbyt szybkich. Równoległe prowadzenie kół jest zapewnione mimo dużego skoku zawieszenia, który z kolei zapewnia bardzo korzystne resorowanie. Ponadto ujemny promień zataczania jest korzystny z punktu widzenia stateczności i zwrotności. Podczas hamowania kolumna MacPhersona zapewnia odpowiednią stabilność.

Jedną z największych wad kolumny MacPhersona jest to, że nie do końca sprawdza się w samochodach o dużej mocy z przednim napędem. Po pierwsze, nie ma możliwości stosowania ogumienia o dużej szerokości* – zachodzi konieczność stosowania felg o dużym odsadzeniu lub pierścieni dystansowych, co z kolei zwiększa masę nieresorowaną. Po drugie, podczas skręcania poprzez obrót całej kolumny nieznacznie zmieniają się kąty pochylenia kół względem podłoża, a także występuje niekorzystne tarcie w gnieździe tłoczyska amortyzatora. Powoduje to zmniejszenie przyczepności w zakręcie oraz zaburzenia w przekazywaniu momentu obrotowego na koła podczas przyspieszenia i duże siły przechodzące na koło kierownicy. Pod względem komfortu jazdy, wadą MacPhersona są także drgania pochodzące od nawierzchni. Eliminuje się je częściowo poprzez grube poduszki gumowe w górnym gnieździe mocowania amortyzatora.

Ze względu na dwa punkty mocowania, zawieszenie MacPhersona jest też stosunkowo delikatne – łatwo je uszkodzić po wjechaniu na dużą nierówność.

Ze względu na powyższe, producenci aut o sportowym charakterze zaczęli tworzyć bardzo podobne rozwiązania, oparte na idei MacPhersona, ale nie będące ich kopią. Przykładami takich samochodów są Ford Focus RS poprzedniej generacji z zawieszeniem RevoKnuckle oraz niektóre modele Opli, m. in. z rodziny OPC, gdzie zastosowano rozwiązanie o nazwie HiPerStrut.

Chcąc pozostać technicznym purystą, tylko rozwiązanie z pojedynczym wahaczem poprzecznym z dwoma mocowaniami należałoby uznać za prawdziwą kolumnę MacPhersona. Jednak idea MacPhersona nie przekreśla możliwości stosowania wahacza trójkątnego (z trzema mocowaniami). A jest to rozwiązanie lepsze, ponieważ uniemożliwia ruchy wahacza wzdłuż pojazdu podczas przyspieszania i hamowania. W konstrukcjach z pojedynczym wahaczem, ruch taki uniemożliwia połączony z nim stabilizator poprzeczny, przechodzący często przez jego środek.

Warto przy tym zauważyć, że nawet ten samo model samochodu może mieć jedno i drugie rozwiązanie w zależności od wersji silnikowej. Przykładem chociażbyPeugeot 205, który w słabszych wersjach ma pojedynczy wahacz z przechodzącym przez niego stabilizatorem, natomiast wersja GTI ma już wahacz z trzema mocowaniami, co zwiększa sztywność zawieszenia.

Kolumna MacPhersona to rozwiązanie zawieszenia osi przedniej, co wynika nie tylko z założeń konstruktora, ale i jego patentu.

Tu również trzeba zaprzeczyć. Kolumna MacPhersona została zaprojektowana tylko dla kół kierowanych. Nie oznacza to jednak, że w tylnej osi kierowanej stosuje się kolumnę MacPhersona.

Choć w gruncie rzeczy kolumna MacPhersona została rozpowszechniona w samochodach z przednim napędem, to Earl MacPherson nie zaznaczył, że tylko do takich aut jest ono dedykowane. Ford Vedette, samochód uznany za pierwszy z taką kolumna miał napęd na koła tylne. Poza tym, w jednym z kilku szkiców patentowych, podpisanym przez samego MacPhersona widać, że jest to zawieszenie dla koła nienapędzanego.

W nazewnictwie kryje się podstęp, ponieważ ze względu na patent, który należy do Forda, kolumna MacPhersona jest rozwiązaniem, za której stosowanie inni producenci musieliby płacić Fordowi. Dlatego też nie mogą tak nazwać swoich konstrukcji, choć są one bardzo podobne i bazują na tych samych założeniach. Na szczęście dla nich, MacPherson opatentował to rozwiązanie dla samochodu tylno napędowego i z pojedynczym wahaczem, a wszyscy producenci stosują je w autach z przednim napędem, najczęściej z wahaczem trójkątnym, a zatem nie jest to dokładna kopia.

O pseudo MacPhersonie często mówi się w kontekście samej kolumny amortyzująco-resorującej, czyli kolumny amortyzatora i sprężyny w jednym elemencie. Takie nazewnictwo często stosują mechanicy, choćby z czystej wygody. Dla ścisłości, jest to określenie nieprawidłowe.

*Zawieszenie MacPhersona jest najczęściej spotykanym obecnie typem przedniego zawieszenia. Jeden główny element konstrukcyjny zapewnia prowadzenie i tłumienie przy jednoczesnej możliwości obrotu. Konstruktorzy chętnie korzystają z tego rozwiązania, gdyż jest tanie w produkcji i eksploatacji, nieskomplikowane w budowie oraz zapewnia całkiem niezły komfort jazdy oraz precyzję prowadzenia. Kolumnę prowadząca MacPhersona stanowi amortyzator zabudowany wraz z sprężyną, który w górnym punkcie zamocowany jest w elemencie zwanym łożyskiem, bądź poduszką amortyzatora, natomiast w dolnym punkcie łączy się z zwrotnicą. Amortyzator jest typowym elementem eksploatacyjnym, który ulega zużyciu wraz z postępującym przebiegiem pojazdu. Również sprężyna z czasem traci swoją pierwotną charakterystykę – zdarza się, że stare sprężyny ulegają pęknięciu. Zignorowanie potrzeby wymiany kończy się obniżeniem komfortu jazdy, spadkiem poziomu bezpieczeństwa oraz dalszą degradacją elementów zawieszenia. Warto zwrócić uwagę, że elementy takie jak amortyzatory i sprężyny zawsze wymienia się parami w obrębie danej osi.

W ofercie sklepu internetowego iparts.pl znajdują się amortyzatory firm: KYB, Monroe, Sachs, Bilstein, Maxgear, Optimal czy Meyle oraz sprężyny: Lesjofors, Kilen, KYB. Są to uznane marki, które dostarczają produkty do fabryk na tzw. „pierwszy montaż”.*

Objaśnienia:

*Audi rozwiązało ten problem tworząc kolumnę MacPhersona z ujemnym promieniem zataczania