マクファーソンストラット

マクファーソンストラットは、伸縮式ダンパーの上部を上部ステアリングピボットとして使用する自動車サスペンションシステムの一種です。現代の自動車のフロントサスペンションに広く使用されています。この名前は、この設計を発明し開発したアメリカの自動車エンジニア、アール・S・マクファーソンに由来しています。

アール・S・マクファーソンは、1945 年にシボレーのライトカー プロジェクトの主任エンジニアに任命されました。彼は、戦後間もない市場向けに新しい小型車を開発する任務を負い、その努力がシボレー カデットの開発につながりました。

カデットは画期的な車になるはずで、1946年までに製造された3台のプロトタイプには幅広い革新が盛り込まれていた。その1つが、現在マクファーソンストラットとして知られる革新的な独立懸架システムだった。カデットはマクファーソンストラットを採用した初の量産車になる予定だったが、1947年にプロジェクトは中止され、商業生産されることはなかった。これは主に、GMがカデットの予想利益率を懸念していたためである。^[1]

カデット計画が棚上げされた後、不満を抱いたマクファーソンはGMを離れ、フォードに入社した。特許は1947年（ GMの米国特許2,624,592）^[2]と1949年（フォードの米国特許2,660,449 ） ^[3]に申請され、後者の特許^[4]は1920年代半ばのフィアットのグイド・フォルナカによる設計を引用していた。 ^{[5] [6]}

マクファーソンの新しいストラット設計は、他の以前の設計からもインスピレーションを得ている可能性がある。戦前のスタウト・スカラベのストラットサスペンションが影響を与えた可能性があり、航空機の着陸装置の長いストロークのストラットは当時よく知られていた。^[要出典]フランスのコタン・デグーテも同様の設計を採用したが、リーフスプリングはそれほど洗練されていなかった。 ^{[7] [8]しかし、コタン・デグーテの前部サスペンションは、1904年にアメリカのエンジニア}J・ウォルター・クリスティが設計したものに触発された。^{[9] [10]}

マクファーソンは4輪すべてにストラットを設計しましたが、通常はフロントサスペンションにのみ使用され、^[要出典]ステアリングピボットとホイールのサスペンションマウントとして 機能します。

マクファーソンストラットを採用した最初の量産車は、フランスの1949年型フォード・ヴェデットであるとよく誤って引用されるが、^{[11] [12]}マクファーソンより前に開発されたもので、ウィッシュボーンと上部コイルスプリングをベースにした独立したフロントサスペンションを採用していた。 ^[13]ヴェデット工場がシムカに買収された後の1954年になって初めて、改良されたシムカ・ヴェデットはフロントストラットを使用するようになった。^[13]

マクファーソンがフォードに着任した後、マクファーソン・ストラットを採用した最初の量産車は、イギリス製の1950年型フォード・コンサルと、その後のゼファーであった。

マクファーソンストラットは、ウィッシュボーン、または二次リンクによって安定化された強力な圧縮リンクを使用し、ホイールのハブキャリアまたは車軸の取り付けポイントを提供します。ロアアームシステムは、ホイールの横方向と縦方向の両方の位置を提供します。ハブキャリアの上部は、ストラット本体の外側部分の底部にしっかりと固定されています。これは、車両のボディシェルの取り付け部まで直接上方に伸びている内側部分を上下にスライドします。ストラットの上部マウントからコントロールアームの下部ボールジョイントまでの線は、ステアリング軸の傾斜を与えます。ストラットの軸は、タイヤを避けるために底部でステアリング軸から内側に傾斜している可能性があり、これにより、ステアリング時に底部が円弧を描きます。

マクファーソンストラットは、一体構造の導入の恩恵を受けた。その設計には、一体構造によって提供できる相当な垂直方向のスペースと強力なトップマウントが必要だったからである。一体構造はまた、サスペンションの応力を分散する。[ ^14]ストラットは通常、車体を吊り下げるコイルスプリングと、通常ストラット内に取り付けられたカートリッジの形態のショックアブソーバーの両方を支持する（コイルオーバーを参照）。ストラットは、ステアリングアームを下部外側部分に組み込むこともできる。全体の組み立ては非常にシンプルで、ユニットに事前組み立てすることができる。また、上部コントロールアームをなくすことでエンジンルームの幅が広くなり、これは小型車、特にほとんどの前輪駆動車が備えているような横置きエンジンを搭載した車に便利である。必要に応じて、ラジアスアームをアンチロールバー（トーションバー）に置き換えることで、組み立てをさらに簡素化することができる。^[14]これらの理由から、低コストメーカーの間ではほぼ普遍的なものとなっている。さらに、サスペンションジオメトリを簡単に設定できる方法も提供しています。^[15]

最近の多くのバージョンでは、下部コントロール アームがウィッシュボーンに置き換えられています。アンチロール バーはオプションであり、存在する場合は、ボール ジョイント ロッドによってスプリング ダンパーに、またはボール ジョイント ロッドまたはエラストマー ジョイント ロッドによってウィッシュボーンに接続されます。

マクファーソンストラットは、自動車の前面衝突構造の重要な構造と一体化されているため、ダブルウィッシュボーンサスペンションの車とは対照的に、ストラットを備えた車の方が、より厳しいスモールオーバーラップ衝突をクリアする車を設計することが容易です。 注目すべき例としては、ホンダアコードやシビック、メルセデスEクラスなどがあり、いずれも衝突性能を向上させるためにストラットを採用しました^{[引用が必要]}。 また、設計が全体的にシンプルなため、サスペンションの摩耗するジョイントが少なくなり、時間の経過とともにハンドリングやステアリングの感触が低下することが少なくなります^{[引用が必要] 。 倒立モノチューブストラットは}、ポルシェ911 GT3やケイマンGT4、スバルインプレッサWRX STIに見られるように、フロントサスペンションの剛性を高めることもできます。最後に、ストラットは他のタイプのフロントサスペンションよりも効率的にパッケージ化できるため、ポルシェ 911やボクスターなどのリア/ミッドエンジン車では、フロントの荷物スペースを大幅に確保できます。

幾何学的分析により、このアセンブリでは、ある程度のキャンバー角の変化、横方向の動き、またはその両方なしに、ホイールの垂直方向の動きは許可されないことが示されています。エンジニアがキャンバーの変化とロールセンターを選択する自由度が低いため、ダブルウィッシュボーンまたはマルチリンクサスペンションほど優れたハンドリングを提供するとは一般に考えられていません。コックピットで車高を調整できる車は、設計上避けられないキャンバーの変化のため、通常マクファーソンストラットを装備できません。ショックアブソーバーはホイールとほぼ同じ垂直方向の動きをするため、シールの固着を打破するためのてこの力が比較的小さいため、乗り心地が悪くなります。標準的なシングルピボットマクファーソンストラットは、ステアリング軸の中心が前輪の中心からオフセットされているポジティブスクラブが発生する傾向があり、その結果、トルクステアが発生します。

欠点があるにもかかわらず、マクファーソン ストラット セットアップは、サスペンションの移動距離が比較的小さい傾向があり、同じ運動学的問題がないため、一部の高性能車では依然として使用されています。

1989年モデル（964）まで、ポルシェ911はコイルスプリングのない同様のストラット設計を採用し、代わりにトーションバーサスペンションを使用していました。それ以来、ダブルウィッシュボーンを使用する992ベースの911 GT3を除き、すべてのポルシェ911にはフロントマクファーソンストラットが採用されています。^[16]

近年、ゼネラルモーターズとフォードは、それぞれ「Hi-Per Strut」と「Revoknuckle」という改良型ストラットセットアップを導入しました。これは、ストラットを上下の柔軟性とステアリングダイナミクスを別々に処理する 2 つのコンポーネントに分割します。この設計の利点は、表面接触が大きく、トルクステアが低減することです。欠点は、重量とコストが増えることですが、ダブルウィッシュボーンやマルチリンクセットアップよりも安価です。ホンダは、「デュアルアクシス」と呼ばれる別のバリ​​エーションのストラットセットアップを導入し、シビックタイプ Rのサスペンション設計に使用されています。マクファーソンストラットの別のバリエーションは、ダブルピボットフロントサスペンションで、マクファーソンストラットの標準的な直立設計を維持しながら、下部ウィッシュボーンを 2 つに分割します。これにより、ステアリングジオメトリとスクラブ半径をより適切に制御できると同時に、より大きなブレーキアセンブリが可能になります。

• チャップマンストラット
• コイルオーバー
• ダブルウィッシュボーンサスペンション
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• マクファーソン幾何学計算機