Die McPherson-Einzelradaufhängung ist ein wichtiger Bestandteil der Sicherheitsstruktur eines Fahrzeugs. Fahrkontrolle und Komfort hängen seit langem eng mit der Federung im Fahrwerk zusammen. Einfachheit und Komplexität der Federung bestimmen direkt die Kosten der Automobilherstellung. Die McPherson-Einzelradaufhängung ist eines von vielen Federungssystemen, das sich aufgrund seiner einfachen Struktur, der geringen Kosten und des akzeptablen Komforts in einem breiten Marktsegment etabliert hat.
Entwicklungsgeschichte:
Im menschlichen Körper sind Knochen oft durch Weichgewebe miteinander verbunden. Dieses dient als Puffer zum Schutz der Knochen und verhindert, dass übermäßige Vibrationen zum Gehirn gelangen und dort Schäden verursachen. In der Fahrzeugstruktur spielt das Federungssystem dieselbe Rolle wie das Weichgewebe im menschlichen Körper. Das Federungssystem ist das gesamte Trägersystem, bestehend aus elastischen Komponenten, Stoßdämpfern und Kraftübertragungsvorrichtungen zwischen Karosserie und Reifen. Diese drei Komponenten sind jeweils für die Pufferung, Dämpfung und Kraftübertragung verantwortlich. Die besondere Aufgabe des Federungssystems besteht darin, die Karosserie zu stützen, unnötige Straßenerschütterungen zu dämpfen und Fahrer und Passagieren ein ruhiges und komfortables Fahrgefühl zu bieten.
Bisher wurden drei Typen von Radaufhängungen unterschieden: Einzelradaufhängung, Halb-Einzelradaufhängung und Festradaufhängung. Moderne Fahrzeuge verwenden überwiegend Einzelradaufhängungen. Je nach Bauform unterscheidet man zwischen Querlenker-, Längslenker-, Mehrlenker-, Kerzen- und McPherson-Aufhängung. Unter den vielen Einzelradaufhängungen ist die McPherson-Aufhängung mit ihrer einfachen, kostengünstigen und komfortablen Konstruktion am weitesten verbreitet. Die McPherson-Einzelradaufhängung wird seit ihrer Erfindung verwendet, hat sich aber zu einem komplexen System entwickelt, das heute Querstabilisatoren und sogar Hilfsrahmen umfasst. Die breite Anwendung dieser Aufhängung liegt in ihrer kompakten Bauweise, dem geringen Platzbedarf und den niedrigen Herstellungskosten. Vom Kleintransporter Otto bis hin zum BMW M3 und Porsche 911, die für ihr Streben nach Geschwindigkeit und Höchstgeschwindigkeit bekannt sind, werden ausnahmslos einfache und dehnbare Federungssysteme mit Frontüberhang verwendet. Um sich an unterschiedliche Marktpositionierungen und Produktanforderungen anzupassen, sind Feder-Dämpfungskoeffizient und Struktur individuell abgestimmt.
Die Räder der McPherson-Einzelradaufhängung sind ebenfalls entlang der Achsschenkelbolzen gleitend aufgehängt, unterscheiden sich jedoch von einer Kerzenaufhängung, da der Achsschenkelbolzen schwingen kann. Die McPherson-Einzelradaufhängung ist eine Kombination aus Schwingarm- und Kerzenaufhängung. Verglichen mit einer Doppelquerlenkeraufhängung hat die McPherson-Einzelradaufhängung folgende Vorteile: kompakte Bauweise, geringe Änderungen der Vorderradpositionierungsparameter beim Schwingen des Rads, gute Fahrstabilität, gepaart mit der Aufhebung des oberen Querlenkers, praktischere Anordnung von Motor und Lenksystem; im Vergleich zur Kerzenaufhängung ist die Seitenkraft der Gleitsäule deutlich verbessert. Die McPherson-Einzelradaufhängung wird für die Vorderradaufhängung kleiner und mittelgroßer Fahrzeuge verwendet. Die Vorderradaufhängung von Porsche 911, Audi, Santana, Xiali und Fukang usw. ist eine McPherson-Einzelradaufhängung. Obwohl die McPherson-Einzelradaufhängung nicht die technisch anspruchsvollste Aufhängungskonstruktion ist, handelt es sich dennoch um eine langlebige Einzelradaufhängung mit guter Straßenanpassung.
Die Einzelradaufhängung von McPherson ist ein weiterer Meilenstein in der Geschichte der Automobilindustrie. McPherson wurde 1891 in Illinois geboren. Nach seinem Universitätsabschluss arbeitete er viele Jahre in Europa und trat 1924 in das Entwicklungszentrum von General Motors ein. In den 1930er Jahren wollte die Chevrolet-Abteilung von GM einen richtigen Kleinwagen entwickeln und McPherson war der Chefkonstrukteur. Er interessierte sich sehr für die Entwicklung von Kleinwagen. Sein Ziel war es, die Qualität dieses Viersitzers auf 0.9 Tonnen zu begrenzen und den Radstand auf 2.74 Meter zu begrenzen. Der Schlüssel zum Design ist die Aufhängung. McPherson änderte die damals vorherrschende Vorderradaufhängung mit Blattfeder und Drehstabfeder und kombinierte auf kreative Weise Stoßdämpfer und Schraubenfeder an der Vorderachse. Die Praxis bewies, dass diese Aufhängungsform die Vorteile einer einfachen Struktur, eines geringen Platzbedarfs und einer guten Manövrierfähigkeit bietet. Später wechselte McPherson zu Ford. Im Jahr 1950 waren die beiden von der Ford-Tochtergesellschaft in Großbritannien produzierten Autos die ersten Nutzfahrzeuge weltweit, die über eine Einzelradaufhängung von McPherson verfügten.
Aufgrund seiner einfachen Struktur und überlegenen Leistung wird es von Experten als klassisches Design gelobt.
Die McPherson-Einzelradaufhängung ist eine der weltweit am weitesten verbreiteten Vorderradaufhängungen. Sie besteht aus einer Schraubenfeder, einem Stoßdämpfer und einem dreieckigen unteren Schwingarm. Die meisten Modelle haben außerdem einen seitlichen Stabilisator. Die Grundstruktur ist einfach: Die Schraubenfeder ist auf dem Stoßdämpfer aufgesetzt. Der Stoßdämpfer kann ein Verschieben der Schraubenfeder nach vorne, hinten, links und rechts unter Spannung verhindern und Schwingungen der Feder begrenzen. Über Hublänge und Festigkeit des Stoßdämpfers lassen sich die Federungseigenschaften wie weich oder hart einstellen. Die McPherson-Einzelradaufhängung ist einfach aufgebaut und reagiert daher leicht und schnell. Dank der geometrischen Struktur aus unterem Schwingarm und Federbein kann der Sturzwinkel des Rads automatisch angepasst werden, um sich bei Kurvenfahrten an die Straßenoberfläche anzupassen und die Bodenhaftung des Reifens zu maximieren. Obwohl die McPherson-Einzelradaufhängung keine Aufhängungsstruktur mit hohem technischen Gehalt ist, ist die Leistung der McPherson-Einzelradaufhängung in Bezug auf den Fahrkomfort immer noch zufriedenstellend, aber aufgrund ihrer geraden Zylinderstruktur fehlt ihr die Blockierkraft bei Stößen in der linken und rechten Richtung. Die Anti-Bremswirkung ist schlecht, die Aufhängungssteifigkeit ist schwach, die Stabilität ist schlecht und das Wenden ist offensichtlich.
Aufbauprinzip:
Die Abbildung zeigt die McPherson-Einzelradaufhängung vorne am Jet-ta. Der zylindrische Stoßdämpfer 7 ist eine Gleitsäule. Das innere Ende des Gierhebels 12 ist über das Gelenk 10 mit der Karosserie verbunden, das äußere Ende über das Kugelgelenk 8 mit dem Achsschenkel 15. Das obere Ende des Stoßdämpfers ist über die Schwingungsisolierungsblockbaugruppe 2 mit Lager (die als oberer Anlenkpunkt des Stoßdämpfers angesehen werden kann) mit der Karosserie verbunden, das untere Ende mit dem Achsschenkel. Der Großteil der Querkraft auf das Rad wird vom Gierhebel über den Achsschenkel aufgenommen, der Rest vom Stoßdämpferkolben und der Kolbenstange. Im Vergleich zu einer Kerzenfederung reduziert diese Konstruktion Gleitreibung und Verschleiß daher bis zu einem gewissen Grad.
Die Verbindungslinie zwischen der Mitte des oberen Scharniers des zylindrischen Stoßdämpfers und der Mitte des Kugelgelenks am äußeren Ende des Gierarms bildet die Hauptbolzenachse. Diese Konstruktion ist zudem eine Achsschenkelbolzen-freie Konstruktion. Wenn das Rad auf und ab springt, ändert sich der Winkel der Achsschenkelbolzenachse, da der untere Drehpunkt des Stoßdämpfers mit dem Gierarm schwingt. Dies deutet darauf hin, dass sich das Rad entlang der oszillierenden Achsschenkelbolzenachse bewegt. Daher verändern sich bei einer Verformung der Aufhängung der Positionswinkel und die Spurweite des Hauptbolzens. Bei richtiger Anpassung der Anlenkung können sich diese Positionsparameter des Rades jedoch nur geringfügig ändern.
Vorteile und Nachteile:
Die wichtigsten Vorteile:
Die Einzelradaufhängung von McPherson bietet ein gutes Ansprechverhalten und Handling sowie eine einfache Struktur, einen geringen Platzbedarf, niedrige Kosten und ein geringes Gewicht und ist für die Platzierung großer Motoren und kleiner Karosserien geeignet.
Andere Vorteile
Weitere Vorteile der McPherson-Einzelradaufhängung sind:
A. Aufgrund des großen effektiven Abstandes C ist die auf die Karosserieanschlusspunkte E und D wirkende Kraft gering.
B. Zwischen G und N besteht nur ein kleiner Abstand D;
C. Der Federweg ist groß
D. Drei Stützen werden weggelassen
E. Einfach zu konstruierende Vorderbodenform
Nachteile:
Beim Fahren auf unebenen Straßen dreht sich das Lenkrad leicht automatisch, sodass der Fahrer die Lenkrichtung genau im Auge behalten muss. Bei heftigen Stößen verbiegt sich die Lenksäule leicht, was die Lenkleistung beeinträchtigt. Die Stabilität ist schlecht, der Rollwiderstand und das Bremsnickverhalten sind schwach. Das Hinzufügen eines Stabilisators kann das Problem zwar lindern, aber nicht grundlegend lösen. Die Haltbarkeit ist nicht hoch, der Stoßdämpfer neigt zum Ölleck und muss regelmäßig ausgetauscht werden.
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