7/21/2019 Analisa Steering kemudi

1/4

1

AbstrakSistem steering merupakan salah satu hal yang pentingpada kendaraan saat berbelok. Sistem kemudi merupakan sistem

yang berfungsi mengatur arah mobil untuk meningkatkan

keamanan dan kenyamanan saat berkendara. Dalam hal in i sistem

kemudi har us dapat membelokkan roda sehingga titi k putar semua

roda dapat berada pada satu titi k. Hal i ni sangat penting untuk

memin imalkan besarnya steering error pada saat melakukan gerak

belok. Adapun acuan yang harus dimiliki sebuah kendaraan

adalah yang memenuhi pri nsip gerak belok i deal ackerman. Dalam

hal i ni kondisi gerak belok ideal ackerman sangat sul it tercapai

pada saat kendaraan berbelok ki ri maupun kanan. Salah satu cara

yang dapat dilakukan untuk mendekati gerak belok ideal adalahdengan melakukan anali sa kinematik tiap li nk steering

Pada tugas akhi r i ni dil akukan anali sa secara kinematis spatial

untuk sistem kemudi rack and pini on pada mobil . Dari analisa

ki nematis ini didapatkan besarnya steering err or yang terj adi pada

sistem kemudi. Steeri ng err or i tu sendir i bisa didapatkan pada

penempatan r ack and pin ion, panjang tie rod serta besarnya sudut

steering arm yang terbentuk. Dengan mengabaikan besarnya sudut

kingpin dan pengaruh suspensi maka sistem kemudi ini

dimodelkan dalam bentuk anali sa spatial untuk mendapatkan hasil

dan data yang lebih baik dari perhitungan sebelumnya yang

menggunakan kinematis planar. Sebagai tambahan dalam analisa

in i j uga dapat membantu untuk meredisign chasis dan kabin pada

kendaraan mul tiguna pedesaan in i.

Perhit ungan dari analisa kinematis spatial in i mendapatkan nil ai

dari steering err or min imum aki bat dari var iasi penempatan rack,

perubahan sudut steeri ng arm serta pengaruh camber 10dan caster

pada roda kemudi .

.Kata Kunci : Ackerman, Rack and Pinion, Steeri ng Arm, Steeri ng

li nkage, Tie rod

I.

PENDAHULUAN

ndonesia yang merupakan negara berkembang saat ini

sedang mencoba mengembangkan teknologi otomotifnyamelalui PT. INKA (Industri Kereta Api) dengan

meluncurkan sebuah mobil dalam segmen micro car yang

bernama GEA yang merupakan kependekan dari Gulirkan

Energi Alternatif. Seiring dengan perkembangan teknologi

tersebut banyak hal yang harus ditinjau untuk mengedepankan

faktor keamanan dan kenyamanan. Meninjau dari faktor

keamanan, penelitian dilakukan dengan mengamati sistem

kemudi pada kendaraan ini. Sistem kemudi ini merupakan

salah satu sistem yang terdapat pada chasis kendaraan yang

berfungsi untuk merubah arah kendaraan dan laju kendaraan.

Perubahan arah ini dilakukan dengan membelokkan roda-roda

depan kendaraan dan menjaga agar posisi tetap stabil. Cara

kerjanya adalah saat roda-roda kemudi (steering wheel) di

gerakkan atau diputar, kolom kemudi (steering colomn)

kemudian meneruskan putaran ke putaran roda gigi kemudi

(steering gear). Steering gear ini berfungsi untuk meperbesar

momen putar sehingga menghasilkan tenaga yang lebih besar

untuk menggerakkan roda depan melalui sambungan-

sambungan kemudi (steering linkage). Pada saat sudut belokyang diberikan pengemudi terhadap kemudinya sama dengan

sudut yang dialami kendaraan, maka kondisi ini ideal atau

ackerman. Dalam hal ril ternyata kondisi ini sangat sulit

ditemukan, karena untuk mendapatkan kondisi ideal atau

ackerman kendaraan harus berada dalam kecepatan yang

sangat rendah.

Jenis sistem kemudi itu sendiri sampai sekarang ini

dibedakan menjadi sistem kemudi manual dan sistem kemudi

power steering. Sistem kemudi manual itu sendiri juga

mempunyai model recirculating ball dan model rack and

pinion. Model recirculating ball biasanya digunakan pada

kendaraan dengan tipe ukuran penumpang menengah sampai

besar serta pada kendaraan komersil. Tipe rack and pinion

lebih banyak digunakan untuk kendaraan dengan ukuran

penumpang kecil sampai menengah. Dalam tugas akhir ini,

dilakukan analisa pada tipe sistem kemudi manual yang

menggunakan tipe rack and pinion. Tipe ini dipilih karena

mempunyai konstruksi ringan dan sederhana serta pemindahan

momen relatif lebih baik sehingga lebih ringan digunakan

dibandingkan dengan tipe recirculating ball.

II. METODOLOGIPENELITIAN

Pada penyusunan Tugas Akhir ini prosedur penelitian

dilakukan dalam tiga tahap. Tahap awal dari penelitian ini

adalah melakukan analisa-analisa dengan sumber studi

literatur terhadap buku, jurnal, dan penelitian terdahulu

tentangsteering systempada sebuah mobil

Tahap yang kedua adalah penentuan jenis mobil yang

akan dijadikan obyek penelitian. Kendaraan yang akan

dianalisa dalam penelitian kali ini adalah kendaraan perkotaan

produksi dalam negeri yaitu mobil GEA(Gulirkan Energi

Alternatif) produksi PT. INKA.

ANALISA KINEMATIK SPATIAL UNTUK RACK AND PINION PADAKENDARAAN MULTIGUNA PEDESAAN (GEA)

Michael P.O.F. Manalu dan Unggul Wasiwitono

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111E-mail: unggul@me.its.ac.id

I

7/21/2019 Analisa Steering kemudi

2/4

2

Steering armTie Rod

RACK AND PINIONTie Rod

Wheel Axis

h

l

Camber

WHEEL

r

Pada tahap selanjutnya atau tahap terakhir ini setelah

didapatkan data spesifikasi dari GEA dilakukan analisa

kinematiksteeringpada kendaraan tersebut. Analisa kinematik

dilakukan dengan pemodelan sistem kemudi sebagai model

spatial. Pemodelan ini melakukan variasi terhadap penempatan

rack, perubahan sudut steering arm serta menambahkan

pengaruh camber10dan caster.

III.

HASILPENELITIAN

A. Steeri ng Geometry

Sebagai langkah awal untuk pembuatan penelitian ini adalah

memasukkan input dan output. Input yang dimasukkan dalam

analisa kinematis ini berasal dari data-data pemodelan berupa:

1. Panjang Tie rod : 36.5 cm

2.

Panjang Steering arm : 12.6 cm

3. Panjang rack and pinion : 64.5 cm

4. Sudutsteering arm : 109,180

Hasil data yang diambil dari objek penelitian akan dilakukan

analisa kinematis secara spatial dan akan mendapatkan output

yang berupa besarnyasteering erroryang dihasilkan dari data

awal spesifikasi sistem kemudi.

Gambar 1. Hubungan sudut pada saat ackerman

Dalam mendapatkan kondisi dimana ban dalam

keadaan rolling sempurna dan keausan ban dapat dikurangi

kendaraan harus dapat mendekati keadaan ackerman. Pada

gambar 1. digambarkan ketika kendaraan kendaraan melaju

dengan kecepatan yang sangat rendah. Titik pusat dari roda

akan bertemu pada satu titik O[1] dan hubungan antara

sudut luar roda o dan sudut dalam roda iberdasarkan prinsip

ackerman[2] dituliskan sebagai berikut :

oA = tan-1

(1)

Tujuan dari analisa kinematik planar ini adalah untukmengetahui dimensi dari steering linkagedan untuk mencari

penempatan rack and pinionagar mendapatkan hargasteering

erroryang minimum. Steering errormerupakan selisih antara

sudut outer roda depan dengan sudut outer aktual. Untuk

perumusan nya dapat dituliskan sebagai berikut :

SE = |oA- 0| (2)

Sudut ldan r merupakan sudutsteering armyang terbentuk

akibat pergerakan belok pada roda depan, dengan

mengkondisikan roda lurus maka l = r= 0. Sedangkan sudut

steering arm nya menjadi l0 dan r0 , sehingga didapatkan

hubungan menjadi :

l = l - lo (3)

r = r - r0

B. Analisa Spatial

Dengan mengasumsi kendaraan berbelok ke kiri maka

l=i dan r=o serta hubungan antara l dan rditunjukkanoleh gambar 2. Pada gambar terlihat bahwa besarnya steering

error meningkat ketika dilakukan penambahan sudut putar

pada roda. Dalam hasil perhitungan sebelumnya[3] didapatkan

bahwa besarsteering erroryang terjadi berada pada 4.50

Gambar 2. Perbandingan antara sudut aktual roda dengan

sudut Ackerman roda dan steering error

Pada perhitungan kinematis planar perbandingan antara sudut

inner pada roda (r ) dan sudut outer (l) secara aktual, tren

grafik yang ditunjukkan mendekati tren linear. Untuk

pemodelan kinematis yang sama dilakukan perhitungan secara

kinematis spatial untuk melihat tren grafik yang terjadi pada

sudut aktual roda tersebut.

Gambar 3. Pemodelan Steer ing System

Dari gambar 3. Pemodelan spatial dilakukan dengan

menggunakan software kinematik dimana steering arm

dihubungkan dengan revolute joint dan menggunakan ball

joint sebagai penghubung ke tie rod. Rack and pinion itu

sendiri dimodelkan dengan bentuk perismatik dandihubungkan dengan tie rod menggunakan ball joint.

Perhitungan untuk sudut aktual pada roda dilakukan dengan

persamaan (3). Simulasi yang dilakukan dengan memasukkan

input berupa force (gaya) untuk waktu dengan range 0 - 0.4

sec sehingga mendapatkan sudut belok yang diinginkan yaitu

sebesar 300. Nilai output yang didapatkan berupa sudut yang

pada steering armdan perhitungan untuk mendapatkan sudut

aktual pada roda menggunakan persamaan (3). Nilai lo dan

r0merupakan sudut awal padasteering arm, sementara untuk

7/21/2019 Analisa Steering kemudi

3/4

3

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40

l

r

aktual

ackerman

0

1

2

3

4

5

6

7

0 10 20 30 40

Steering

error(SE)-

degree

r (degree)

Steering Error Spatial Vs Planar

Spatial

Planar

0

1

2

3

4

5

6

7

0 10 20 30 40

Steering

error(SE)-

degree

r (degree)

Steering Error (sumbu "y")

(+) 5 cm

(+) 4 cm

(+) 3 cm

(+) 2 cm

(+) 1 cm

(-) 1 cm

(-) 2 cm

(-) 3 cm

(-) 4 cm

(-) 5 cm

posisi awal

0

1

2

3

4

0 5 10 15 20 25 30 35

Steering

error(SE)-

degree

r (degree)

SE dengan penempatan rack (sumbu "Z")(+) 1 cm

(+) 2 cm

(+) 3 cm

(+) 4 cm

(+) 5 cm

(-) 1 cm

(-) 2 cm

(-) 3 cm

(-) 4 cm

(-) 5 cm

posisi

awal

ldan rmerupakan sudutsteering arm yang terbentuk akibat

dari force untuk range waktu 0 0.4 sec. Hasil yang

didapatkan akan membentuk sudut aktual dan sudut ackerman

dimana selisihnya merupakan nilai daristeering error.

C. Steering Error

Berdasarkan pengambilan pada kendaraan, maka untuk

menganalisa steering error yang terjadi dapat dilakukandengan persamaan (2). Perhitungan error ini dapat dilakukan

dengan mengasumsikan kendaraaan berbelok ke kanan

sehingga didapatkan persamaan pada roda adalah l= odan

r = i. Hubungan dari o dengan i aktual dibandingkan

dengan sudut belok ideal yang sesuai dengan prinsip

ackermanyang ditunjukkan pada gambar 4. di bawah ini.

Gambar 4. perbandingan sudut aktual dengan sudut ackerman pada

kondisi kendaraan belok kanan

Gambar 4. Menunjukkan tren line grafik yang menunjukkan

sudut belok yang dihasilkan oleh sistem kemudi secara aktual

dengan sudut belok ideal yang didapatkan dari prinsip

ackerman. Selisih dari sudut belok tersebut adalah steeringerror.

Gambar 5. Steering err orpada kondisi belok kanan

Gambar 5. menunjukkan bahwa sistem kemudi mempunyai

steering error pada saat kendaraan berbelok. Hal ini

ditunjukkan pada grafik perbandingan antara sudut belok yang

dihasilkan roda bagian luar dan roda bagian dalam secara

aktual dengan prinsip gerak belok ideal ackerman. Dari

perhitungan kinematik spatial diketahui bahwa besarnya

steering error yang terjadi pada sistem kemudi sebesar

2.70410. Pada penelitian sebelumnya, dengan analisa planar

untuk dimensi yang sama dengan posisi tinggi rack14,7 cm di

dapat nilaisteering error yaitu 4,50. Hal yang menyebabkan

perbedaan ini disebabkan tingkat ketelitian pada saat

perhitungan

D.

Steeri ng error dengan variasi h

Gambar 6. Steering err or akibat variasi perpindahan rack ke arah

sumbu y

Pada gambar 6 terlihat bahwa adanya pengaruh variasi

ketinggian terhadapsteering error. Dari analisa perhitungan di

atas terlihat bahwa steering erroryang paling kecil pada saat

posisi rackditurunkan sejauh 5 cm dari posisi semula. Dengan

demikian maka posisi yang tepat untuk posisi rack berada

pada ketinggian 9.7 cm. Penurunan racksejauh 5 cm tersebut

membuat pengurangan dimensi panjang pada tie roddari 36.5

cm menjadi 36.456 cm dan memiliki nilai steering error

sebesar 0.79740.

Gambar 7. Steering errorakibat variasi perpindahan rackke arah

sumbu z

Gambar 7 menunjukkan bahwa steering error yang

terjadi dari perpindahan rack terhadap sumbu z ini

memberikan pengaruh yang kecil. Hal ini terlihat perbedaan

yang signifikan jika steering error ini dibandingkan dengan

7/21/2019 Analisa Steering kemudi

4/4

4

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

0 10 20 30 40

Steerirng

Error(SE)

r (degree)

SE variasi sudut(-) 5 derajat

(-) 4 derajat

(-) 3 derajat

(-) 2 derajat

(-) 1 derajat

(+) 1 derajat

(+) 2 derajat

(+) 3 derajat

(+) 4 derajat

(+) 5 derajat

Posisi awal

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 5 10 15 20 25 30

Steerirng

Error(SE)

r (degree

Pengaruh camber 10, caster terhadap steering error

Chamber

(+) 1 cm

(+) 2 cm

(+) 3 cm

posisi rack

minimum

steering error dengan variasi terhadap sumbu Y. Variasi

penempatan rack terhadap sumbu Z ini memberikan

steering errorminimum dengan menempatkan ke arah positif

sebesar 5 cm dengan nilai steering error yang diberikan

adalah 2.92380. Perubahan dimensi pada tie rod ini sebesar

36,748 cm.

Gambar 8. Steering error akibat variasi perubahan sudut steering arm

terhadap penempatan rack

Dari gambar 8 menampilkan variasi steering error yang

terjadi akibat perubahan sudut pada steering arm. Dari variasi

yang dilakukan tentu akan membuat nilai dari dimensi tie rod

akan bervariasi juga. Dari tren grafik di atas semakin besar

sudut steering arm maka nilai dari steering error akan

semakin besar pula. Hal ini terlihat bahwa dengan

menambahkan 50 terhadap sudut steering arm (l) menjadi

114.180dan memberikan nilaisteering erroryang paling kecil

dari variasi tersebut sebesar 0,14680. Memperbesar sudut

steeringpada armtentu akan memperbesar dari dimensi padapanjang tie rodmenjadi 37.74 cm dimana dapat memberikan

pengaruh yang besar dari nilai steering error. Bertambah

panjangnya dimensi pada tie rod akan mempermudah gerak

belok dari roda depan sehingga nilai minimum dari nilai

steering errordapat diperoleh.

Gambar 9. Steering erroruntuk variasi casterdengan sudut camber10

Gambar 9 menunjukkan bahwa tren grafik untuk posisi 1

sampai 3 cm berada tepat pada grafik posisi semula. Hal ini

dikarenakan untuk steering error yang akibat adanya caster

negatif yang bernilai 1 sampai 3 cm hanya memberikan nilai

error yang sangat kecil sekali. Dengan demikian dapat

dikatakan bahwa untuk sistem kemudi yang mempunyai caster

dan camber tidak memberikan pengaruh yang signifikan

terhadapsteering error. Jika keadaan ini dibandingkan dengan

posisi rack yang memberikan nilai steering error minimum

maka pengaruhnya akan terlihat besar

IV.

KESIMPULANDari analisis yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa

kesimpulan sebagai berikut:

1.

Pada analisa kinematis spatial pada sistem

kemudi ini, jarak rack ke sumbu axis roda (h),

panjang tie rod(la) sudut steering arm () sudut

chamberdan posisi ban merupakan faktor yang

berpengaruh terhadap steering error (SE).

Penempatan racklebih dekat dengan sumbu axis

roda menambah panjang tie rod dan

memperbesar sudut steering arm dapat

meminimalkansteering eror.

2.

Dari hasil variasi h terhadap sudut axis roda

didapatkan nilaisteering errorminimum sebesar

0.79000 dengan menghasilkan spesifikasi baru

sebesar

Tie rod (lt) = 36.7482 cm

Jarak rack ke sumbu axis roda (h) =

9.7 cm

Maksimum sudut belok rata rata

roda depan (sudut inner) =

30.70580

3.

Dari hasil variasi h yang memberikan nilai

Steering error minimum yang divariasikan lagiterhadapsteering armdidapatkan posisisteering

arm dinaikkan sejauh 5 cm dan mendapatkan

panjang tie rod 36.55 cm

4. Pengaruh variasi caster (posisi ban) dengan

camber 10 memberikan pengaruh yang kecil

terhadap steering error, akan tetapi pengaruh

tersebut akan besar jika dibandingkan dengan

posisi rack yang memberikan nilai error

minimum.

DAFTAR PUSAKA

[1] Sutantra, I. Nyoman, Teknologi Otomotif, Teknik

Mesin ITS, Surabaya, 1999.

[2]A.Rahmani Hanzaki,P.V.M. Rao, S.K. Saha,Kinematic

and Sensitivity Analysis and Optimization of PlanarRack and Pinion Steering Linkages. Mechanism and

Machine Theory, 44:42-56, 2009

[3] U.Wasiwitono,A.S Pramono and Yohanes, Kinematic

Analysis of Rack and pinion Steering System of RuralMulti purpose Vehicle, October 2012