The MacPherson strut is a type of automotive suspension system that uses the top of a telescopic damper as the upper steering pivot. It is widely used in the front suspension of modern vehicles. The name comes from American automotive engineer Earle S. MacPherson, who invented and developed the design.

History
Earle S. MacPherson was appointed the chief engineer of Chevrolet's Light Car project in 1945. He was tasked with developing a new, smaller car for the immediate post-war market, an effort that led to the Chevrolet Cadet.

The Cadet was poised to be a groundbreaking vehicle, and the three prototypes that had been built by 1946 displayed a wide range of innovations. One of these was a revolutionary new independent suspension system that featured what is now known as a MacPherson strut. The Cadet was slated to be the first production vehicle with MacPherson struts, but the project was cancelled in 1947 and never saw commercial production. This was in large part due to GM's concerns about the Cadet's forecasted profit margins. 

After the Cadet project was shelved, a disgruntled MacPherson left GM to join Ford. Patents were filed in 1947 ( for GM) and in 1949 ( for Ford), with the latter patent citing designs by Guido Fornaca of FIAT in the mid-1920s. 

MacPherson's new strut design may have taken inspirations from other earlier designs as well. The strut suspension of the pre-war Stout Scarab could have been an influence, and long-travel struts in aircraft landing gear were well known by that time. The French Cottin-Desgouttes utilized a similar design, albeit with less sophisticated leaf springs, but the Cottin-Desgouttes front suspension was in turn inspired by a 1904 design by American engineer J. Walter Christie.

MacPherson designed the strut for all four wheels, but it is normally used for the front suspension only, where it provides a steering pivot as well as a suspension mounting for the wheel.

The first production car to use MacPherson struts is often cited incorrectly as the French 1949 Ford Vedette, but it was developed before MacPherson, with an independent front suspension based on wishbones and an upper coil spring. Only in 1954, after the Vedette factory had been purchased by Simca, did the revised Simca Vedette switch to using front struts.

Following MacPherson's arrival at Ford, the first production car to feature MacPherson struts was the British-built 1950 Ford Consul and the later Zephyr.

Design
A MacPherson strut uses a wishbone, or a substantial compression link stabilized by a secondary link, which provides a mounting point for the hub carrier or axle of the wheel. The lower arm system provides both lateral and longitudinal location of the wheel. The upper part of the hub carrier is rigidly fixed to the bottom of the outer part of the strut proper. That slides up and down the inner part of it, which extends upwards directly to a mounting in the body shell of the vehicle. The line from the top mount of the strut to the bottom ball joint on the control arm gives the steering axis inclination. The axis of the strut may be angled inwards from the steering axis at the bottom, to clear the tyre, which makes the bottom follow an arc when steering.

The MacPherson strut benefited from introduction of unibody construction, because its design requires substantial vertical space and a strong top mount, which unibody construction can provide.  Unibody construction also distributes suspension stresses. The strut will usually carry both the coil spring, on which the body is suspended, and the shock absorber, which is usually in the form of a cartridge mounted within the strut (see coilover). The strut can also have the steering arm built into the lower outer portion. The whole assembly is very simple and can be pre-assembled into a unit. As well, the elimination of the upper control arm allows for more width in the engine compartment, which is useful for smaller cars, particularly with transverse-mounted engines, such as most front wheel drive vehicles have. The assembly can be further simplified, if needed, by substituting an anti-roll bar (torsion bar) for the radius arm. For those reasons, it has become almost ubiquitous with low cost manufacturers. Furthermore, it offers an easy method to set suspension geometry.

Many modern versions replace the lower control arm with a wishbone. An anti-roll bar is optional and, if present, is attached by a ball-jointed rod to the spring-damper, or by a ball or elastomerically jointed rod to the wishbone.

Advantages and disadvantages

Because MacPherson struts are packaged with a significant structure in the front crash structure of the car, it is easier to engineer cars that pass more stringent small overlap crashes with struts, as opposed to those with a double wishbone suspension. Notable examples include the Honda Accord and Civic, as well as the Mercedes E-Class, all of which adopted struts to improve crash performance. The overall simplicity of the design also means there are fewer joints in the suspension to wear, so there is less decline in handling and steering feel over time. Inverted monotube struts can also provide extra rigidity in the front suspension, as seen in the Porsche 911 GT3 and Cayman GT4, as well as the Subaru Impreza WRX STI. Finally, struts can package more efficiently than other types of front suspension, which allows for significant front cargo space in rear/mid-engined cars, such as the Porsche 911 and Boxster.

Geometric analysis shows the assembly cannot allow vertical movement of the wheel without some degree of either camber angle change, sideways movement, or both. It is not generally considered to give as good handling as a double wishbone or multi-link suspension, because it allows the engineers less freedom to choose camber change and roll center. Cars that have cockpit adjustable ride height generally cannot have MacPherson struts because of the camber changes that are an unavoidable part of the design. Ride suffers because the shock absorber has almost the same vertical motion as the wheel, so there is relatively little leverage to break the stiction in the seals. A standard single pivot MacPherson strut also tends to have positive scrub where the center of the steering axis is offset from the center of the front tires, which results in torque steer.

Despite the drawbacks, the MacPherson strut set-up is still used on some high performance cars, because they tend to have relatively small suspension travel, and so do not have the same kinematic problems.

Up until the 1989 model year (964), Porsche 911 used a similar strut design that did not have coil springs, using torsion bar suspension instead. Since then, all Porsche 911s have had front MacPherson struts, except the 992-based 911 GT3, which uses a double wishbone.

In recent years, General Motors and Ford have introduced a modified strut set-up, "Hi-Per Strut" and "Revoknuckle" respectively, that split the strut into two components that handle the up-and-down flexibility and steering dynamics separately. The benefits of this design are greater surface contact and reduction in torque steer. The drawbacks are the additional weight and cost, but it is less expensive than either a double wishbone or multi-link setup. Honda introduced another variation strut set-up, called "dual-axis", which is used in the suspension design of the Civic Type-R. Another variant of the MacPherson strut is the double pivot front suspension, which splits the lower wishbone into two while retaining the standard upright design of the MacPherson strut. That allows for better control of steering geometry and scrub radius, while allowing for a larger brake assembly.

See also
 Chapman strut
 Coilover
 Double wishbone suspension
 Strut bar

References

External links

 MacPherson Geometry Calculator

Automotive suspension technologies
Telescopic shock absorbers
American inventions
맥퍼슨 스트럿 식 서스펜션은 서스펜션 방식의 일종으로, 텔레스코픽 쇼크 업소버 자체를 현가장치로, 거기에 스프링(용수철)과 차륜을 단 구조로 되어 있다. 고안자인 맥퍼슨(Earle S. MacPherson)의 이름을 따 맥퍼슨 스트럿(MacPherson Strut)식이라 불리며, 단순히 스트럿 식 서스펜션이라고도 한다.

간결하고 컴팩트한 구조가 장점이며, 가격이 저렴하여 자동차용 독립 현가 장치로서는 1970년대 이후 세계적으로 가장 많이 이용되고 있다.

개요 
이 방식의 구조는 앞서 서술한 대로 완충기에 스프링과 차륜을 붙인 것이며, 이것을 '스트럿'이라 부르지만, 그것만으로는 차축의 위치 결정을 할 수 없기 때문에 차축측(아래쪽)에 로워 암(트랜스 버스 링크)를 달아 차체에 고정시킨다.

이 방식은 전륜과 후륜 모두에 이용할 수 있지만, 후륜용의 경우 로워 암의 전후폭을 넓게 하거나 2병렬 구조로 된 경우가 많다(패러렐 링크 식). 이는, 후륜에는 조타용 지지봉이 없기 때문에, 차체와 허브측 각각 1점씩만 지지한 경우 연직축 주위의 모멘트에 저항하지 못하므로, 2점 지지가 필요하게 되기 때문이다. 지지축에 경사를 줘 스트로크 시 토우 각 변화를 발생시켜, 이것을 적극적으로 조종 특성에 이용할 수도 있다.

또, 일반 차량에 많이 채용되는 스트럿 식은 더블 위시본 식과 같이 지오메트리 변경이 용이하지 않지만, 상대적으로 적은 부품들로 구성되므로 비용 저감이 용이하여 대량 생산 차량 전용 서스펜션 형식이라고 할 수 있다.

특징

장점 
이 방식의 특징은, 다른 방식에 비해 스트로크를 크게 설정할 수 있으며 공간 효율이 뛰어나고 가벼우며 비용이 저렴한 것이다. 또, 후륜의 경우 횡력에 의한 타이어의 토우 각 변화를 적극적으로 사용하여 타이어의 그립을 향상시킬 수 있다. 게다가 바디 측의 설치점이 더블 위시본 식에 비해 상하 방향으로 분산되어 있어 바디에 작용하는 힘이 작다. 주로 중형 이하의 승용차에 많이 이용되며, 광산이나 조성 현장의 초대형 덤프 트럭의 전륜에도 채용된 사례가 있다.

단점 
더블 위시본 서스펜션의 경우 코너링 중에 걸리는 힘은 서스펜션 암에만 작용하지만, 스트럿 식의 경우 스트럿 자체가 힘을 받아 휘어 변형되는 점이 단점이 된다. 이에 따라, 코너링 중 쇼크 업소버의 움직임이 구속되어 버려 부드럽게 스트로크하지 않게 된다. 이 힘을 상쇄시키기 위해, 코일 스프링과 쇼크 업소버의 축선을 기울이거나 오프셋 시키고 있는 타입이 주류다.

다른 단점들은 다음과 같다.
 서스펜션이 가라앉았을 때에 발생하는 캠버 변화를 임의로 설정하기 어렵다.
 스트럿 위쪽 설치 부분이 타워라 불리는 형상이 되는데, 서스펜션 강성을 확보하기 위해서는 타워를 굵게 하지 않을 수 없기 때문에 엔진 룸이나 캐빈, 짐칸의 공간을 크게 차지하는 경우가 있다.

더블 위시본식 서스펜션과의 관계 
학문적으로는 더블 위시본 식의 변형이라고 할 수 있다. 즉, 스트럿의 바디 측 설치점을 포함한 스트럿의 경사면이, 더블 위시본식 서스펜션의 어퍼 암 길이를 무한대로 한 것과 등가다. 따라서 스트럿 식 서스펜션의 지오메트리 설정의 자유도는 고무 부시의 변형을 뺀 로워 암의 길이와 각도로 정해진다.

역사 
원형은 1940년대 미국의 자동차 기술자 얼 맥퍼슨(Earl Steele MacPherson, 1891-1960)에 의해 고안되었다.

맥퍼슨은 이 간단한 서스펜션을 고안할 당시 제너럴 모터스(GM)에서 일하고 있었지만, GM에서는 이미 실적이 있는 더블 위시본 식 독립 현가 장치를 신뢰하여 맥퍼슨의 제안을 고려하지 않았다. 이것에는, 초기 독립 현가 방식 중 하나인 듀보네 독립 현가를 '소형차에 알맞은 방식'이라고 판단하여 1934년형 쉐보레의 전륜에 채용한 결과, 대실패로 끝났다는 씁쓸한 경험이 영향을 주고 있었다는 이야기도 있다.

GM의 냉담함에 불만을 품은 맥퍼슨은, GM를 떠나 경쟁 메이커인 포드에 이 아이디어를 가지고 왔다. 포드도 이 새로운 방식의 서스펜션을 미국 본국의 대형차에 사용하는 것에 주저했지만, 컴팩트한 구조가 소형차에 적절하다고 판단하여 자회사인 영국의 브리티시 포드의 신형 차량에 이것을 도입하기로 했다.

모던하고 기능적인 플래시 사이드 바디와 신형 엔진에 더해, 전륜 독립 현가 장치로 맥퍼슨 스트럿을 채용한 브리티시 포드의 1500 cc 살롱 '콘설(Consul/MK1)'이 발표된 것은 1950년이다. 보수성이 강한 영국제 살롱 중에서는 혁명적이었던 콘설의 메커니즘 중에서도, 그 간결하고 컴팩트한 전륜 독립 현가는, 위시본 식 독립 현가 장치가 다수를 차지하고 있던 1950년대 초의 자동차계에 큰 임팩트를 주었다.

이 방식은 이윽고 유럽의 다른 메이커에도 소형차를 중심으로 퍼져 갔다. 1960년대 이후 횡치 엔진 방식의 전륜(前輪) 구동 차량이 각국에서 개발되기 시작하자, 공간을 절약할 수 있는 스트럿 식 독립 현가 장치의 보급에도 박차가 걸렸다.

전륜구동 방식이 승용차의 주류 구동 방식인 요즘은, 특별한 이유가 없는 한 많은 중형 이하의 승용차가 프런트 서스펜션에 스트럿 식을 채용하고 있다.

같이 보기 
 서스펜션
 독립현가
 스트럿 식 서스펜션
 슈퍼 스트럿 식 서스펜션
 트레일링 암 식 서스펜션
 세미 트레일링 암 식 서스펜션
 더블 위시본 식 서스펜션
 멀티링크 식 서스펜션
 차축현가 (고정차축)
 드 디옹 식 서스펜션
 리프 식 서스펜션
 링크 식 서스펜션
 기타
 토션 빔 식 서스펜션

 스프링
 에어스프링
 하이드로뉴매틱
 토션바 스프링

자동차 기술