PEMODELAN DAN ANALISIS RESPON DINAMIS VARIABLE ORIFICE PADA SHOCK ABSORBER KENDARAAN YAMAHA JUPITER Dr. Harus Laksana Guntur, ST., M.Eng.

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR TM PEMODELAN DAN ANALISIS PENGARUH VARIASI LUASAN SISI KOMPRESI DAN EKSPANSI DENGAN PERUBAHAN DIAMETER PISTON, ORIFICE, DAN PISTON ROD TERHADAP GAYA REDAM SHOCK ABSORBER DAN RESPON DINAMIS SEPEDA MOTOR YAMAHA MIO J TUGAS M Fauzi AKHIR Rahman TM NRP PEMODELAN DAN ANALISIS RESPON DINAMIS SISTEM Dosen Pembimbing SUSPENSI DENGAN MENGGUNAKAN VARIABLE ORIFICE PADA SHOCK ABSORBER 1. Dr. Wiwiek Hendrowati, ST., MT. KENDARAAN YAMAHA JUPITER Dr. Harus Laksana Guntur, ST., M.Eng. BETARI SARASWATI NRP JURUSAN TEKNIK MESIN Dosen FAKULTAS Pembimbing TEKNOLOGI INDUSTRI Dr.Eng INSTITUT Harus TEKNOLOGI Laksana Guntur, SEPULUH ST., M.Eng. NOPEMBER SURABAYA 2016 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

2 TUGAS AKHIR TM PEMODELAN DAN ANALISIS RESPON DINAMIS SISTEM SUSPENSI DENGAN MENGGUNAKAN VARIABLE ORIFICE PADA SHOCK ABSORBER KENDARAAN YAMAHA JUPITER 2008 BETARI SARASWATI NRP Dosen Pembimbing: Dr. Eng. Harus Laksana Guntur ST., M.Eng. PROGRAM SARJANA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

3 THESIS TM MODELLING AND ANALYSIS OF DYNAMIC RESPONSE SUSPENSION SYSTEM WITH VARIABLE ORIFICE USING THE VEHICLE SHOCK ABSORBER YAMAHA JUPITER 2008 BETARI SARASWATI NRP Advisory Lecturer: Dr. Eng. Harus Laksana Guntur ST., M.Eng. PROGRAM SARJANA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

4

5 PEMODELAN DAN ANALISIS RESPON DINAMIS SISTEM SUSPENSI DENGAN MENGGUNAKAN VARIABLE ORIFICE PADA SHOCK ABSORBER KENDARAAN YAMAHA JUPITER 2008 Nama Mahasiswa : Betari Saraswati NRP : Jurusan : Teknik Mesin FTI-ITS Dosen Pembimbing : Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST., M. Eng. ABSTRAK Mobilitas manusia yang semakin tinggi mempengaruhi jumlah pengguna kendaraan bermotor yang ada di Indonesia. Kendaraan bermotor yang paling banyak digunakan oleh masyarakat Indonesia saat ini adalah sepeda motor. Pada sepeda motor, sistem suspensi merupakan salah satu komponen yang paling penting, karena sistem suspensi menjamin kenyamanan dan keamanan pengendara. Kegagalan pada sistem suspensi dapat menimbulkan masalah yang serius dari segi keamanan dan kenyamanan bagi penumpang maupun kendaraan. Maka dari itu dibutuhkan suatu inovasi baru dari segi desain konstruksi maupun dimensi pada sistem suspensi untuk mendapatkan performa terbaik. Dalam tugas akhir ini dilakukan pemodelan dan simulasi dari perubahan parameter yang ada pada sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber terhadap gaya redam dan respon dinamis dari kendaraan dan penumpang pada sistem setengah kendaraan sepeda motor. Modifikasi yang dilakukan berupa perubahan geometri, dan posisi orifice pada shock absorber dengan menggunakan double cylinder. Orifice yang awalnya berbentuk lingkaran akan diubah menjadi bentuk persegi panjang dengan lebar (b) 1,06 mm dan panjang (H) 5 mm. Input yang digunakan pada simulasi ini yaitu input sinusoidal dan bump modified. Simulasi dilakukan dengan i

6 ii menggunakan software MATLAB. Parameter seperti diameter piston, diameter piston rod, dan diameter orifice serta konstanta pegas dan konstanta damping kendaraan didapatkan dari eksperimen maupun jurnal. Diameter piston (Dp) yang digunakan sebesar 15,9 mm, diameter piston rod (Dpr) 7,95 mm, dan diameter orifice (Do) 1,5 mm. Simulasi ini bertujuan untuk membandingkan gaya redam sistem suspensi sebelum modifikasi (konvensional) dan sistem suspensi dengan variable orifice. Dari hasil simulasi didapatkan bahwa perubahan geometri dan posisi dari orifice mempengaruhi besarnya gaya redam yang terjadi, serta merubah karakteristik dinamis dari kendaraan. Gaya redam yang dihasilkan oleh sistem suspensi dengan variable orifice lebih baik daripada sistem suspensi konvensional. Selain itu respon dinamis berupa displacement, velocity, dan acceleration yang dialami sistem suspensi dengan variable orifice lebih kecil dibandingkan sistem suspensi konvensional untuk variasi frekuensi 0,5 Hz, 1 Hz, 1,5 Hz, dan 2 Hz dengan variasi kecepatan 20 km/jam hingga 80 km/jam. Untuk perpindahan RMS, dan percepatan RMS sistem suspensi dengan variable orifice juga relatif lebih baik daripada sistem suspensi konvensional. Kata kunci: sistem suspensi, karakteristik dinamis kendaraan, gaya redam, variable orifice, shock absorber.

7 MODELLING AND ANALYSIS OF DYNAMIC RESPONSE SUSPENSION SYSTEM WITH VARIABLE ORIFICE USING THE VEHICLE SHOCK ABSORBER YAMAHA JUPITER 2008 Name : Betari Saraswati NRP : Department : Mechanical Engineering FTI-ITS Adivosry Lecturer : Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST., M. Eng. ABSTRACT Increasing of society mobility that influence the number of users of motor vehicles in Indonesia. Motor vehicles most widely used by the Indonesian people at this time, is a motorcycle. On a motorcycle, the suspension system is one of the most important component, because the suspension system ensured the comfort and safety of the rider. The failure of the suspension system can cause serious problems in terms of safety and comfort for passengers and vehicles. Therefore we need a new innovation in terms of design, construction and dimensions of the suspension system to get the best performance. In this thesis modeling and simulation of changes in the parameters that exist in the suspension system with variable orifice in the shock absorber damping force and dynamic response of the vehicle and the passenger on the motorcycle robin system. Modifications were made in the form of changes of the geometry and position of the orifice in the shock absorber using double cylinder. Orifice who initially circular will be transformed into a rectangular shape of a width (b) of 1.06 mms and a length (H) 5 mms. Inputs used in this simulation are sinusoidal input and bump modified. Simulations done using MATLAB software. Parameters such as piston diameter, the diameter of the piston rod, and the diameter of the orifice and the spring constant and iii

8 iv damping constant of the vehicle obtained from experiments and journals. Piston diameter (Dp) used at 15.9 mms, the diameter of the piston rod (Dpr) 7.95 mms, and the orifice diameter (Do) of 1.5 mms. This simulation aims to compare the style damping suspension system before modification (conventional) and the suspension system with variable orifice. The simulation results showed that changes into the geometry and position of the orifice influence the damping force that occurred, as well as changing the dynamic characteristics of the vehicle. Style damping produced by the suspension system with variable orifice better than conventional suspension systems. Besides the dynamic response to the form of displacement, velocity, and acceleration experienced suspension system with variable orifice is smaller than conventional suspension systems to vary the frequency of 0.5 Hz, 1 Hz, 1.5 Hz, and 2 Hz with variation speed of 20 km / h up to 80 km / h. For RMS displacement and acceleration RMS suspension system with variable orifice is also relatively better than conventional suspension systems. Keywords: suspension system, dynamics characteristic of vehicle, damping force, variable orifice, shock absorber.

9 KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Allah SWT, karena berkat rahmat dan hidayah-nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat waktu. Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat kelulusan pendidikan Sarjana S-1 di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri,Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Penyusunan Tugas Akhir ini dapat terlaksana dengan baik karena bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Orang tua penulis, Ibu Sri Sudewi dan (alm) Bapak Juni Eman Subiyantoro, yang menjadi semangat dan motivasi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Terima kasih karena selalu memberikan dorongan materi dan moril, yang memberikan doa tanpa pernah putus. Aldila Ningtyas dan Teguh Harianto selaku kakak penulis, yang selalu memberikan bantuan dan semangat bagi penulis. 2. Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST., M.Eng yang selalu memberikan bimbingan dan arahan dalam penulisan Tugas Akhir ini. 3. Dr. Wiwiek Hendrowati, ST., MT., Aida Anisa Amin Daman, ST., MT., dan Moch. Solichin, ST., MT., selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan kritik kepada penulis untuk Tugas Akhir ini. 4. Dr. Ir. Atok Setiyawan, M.Eng.Sc., selaku dosen wali penulis, serta seluruh dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin FTI ITS. Terima kasih atas ilmu dan bimbingannya selama ini. 5. Teman-teman team #Harus115, Ayu, Bella, Didin, Piendra, Rahma, Fauzi, Fadli, Wando, IBP, Rai, Tiara. Terima kasih atas bantuan dan semangatnya, serta waktu yang diluangkan untuk mendengarkan keluh kesah penulis selama mengerjakan tugas akhir ini. v

10 vi 6. Raden Ayu Mlete tersayang, Ayu, Bella, Lintang, dan Selvi. Kalian sangat berharga bagi penulis, yang selalu meluangkan waktu unutk penulis di tengah-tengah kesibukan kalian. 7. Angkatan M55 Teknik Mesin 2012, Budals (bengkelers 2012), Divisi Tempur LBMM, anggota Lab Vibrasi dan SIstem Dinamis, yang telah menjadi keluarga penulis selama menempuh pendidikan di Teknik Mesin ITS. 8. Keluarga Doraemon Arwanda Friend Wahyu Eko Sadewo, Gani Gandos Maustofah, Ielman Uda Wahid Nawazier, Rahmat Basya Ayek Sari Tsani. Terima kasih atas pengalaman dan kebersamaan yang kita lalui selama ini. 9. Mas Chanyeol, Mas Baekhyun, Dek Jongin, dan Dek Sehun yang mengisi hari-hari penulis serta memberi semangat penulis dalam menjalani masa studi. Yang memberi semangat penulis dari awal perkuliahan hingga akhir. Tidak lupa semua member EXO dan oppa-oppa yang lain, terima kasih atas hiburannya selama ini. 10. Seluruh keluarga penulis dan orang-orang yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Dengan segala keterbatasan kemampuan dan pengetahuan penulis, tidak menutup kemungkinan Tugas Akhir ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis bersedia menerima kritik dan saran dari berbagai pihak untuk penyempurnaan lebih lanjut.semoga hasil penulisan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Surabaya, Januari 2017 Penulis

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK... i ABSTRACT... iii KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xv BAB I... 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Batasan Masalah Manfaat... 3 BAB II... 5 TINJAUAN PUSTAKA Konstruksi Motor Sistem Suspensi Motor Sistem Peredam Hidrolik Teori Getaran Base Excitation Permodelan Dinamis Setengah Kendaraan Untuk Sepeda Motor Transmibilitas Perpindahan (Displacement Transmibility) Transmibilitas Gaya (Force Transmibility) Pengaruh Percepatan Kendaraan terhadap Kenyamanan Pengendara BAB III METODOLOGI Metodologi Penelitian Tahap Studi Literatur vii

12 viii 3.3 Pemodelan dan Simulasi Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber Pemodelan Fisik dan Permodelan Dinamis Sistem Suspensi Konvensional Pemodelan Fisik dam Permodelan Dinamis dari Sistem Suspensi dengan Variable Orifice Pembuatan Blok Simulasi dari Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice Analisis Grafik Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber Pemodelan dan Simulasi Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor Yamaha Jupiter Z 2008 dengan Sistem Suspensi Konvensional dan SIstem Suspensi denganvariable Orifice pada Shock Absorber Pemodelan Dinamis dan Pembuatan Persamaan dari Sistem Setengah Kendaraan Yamaha Jupiter Z 2008 dengan Penggunaan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice Pembuatan Blok Simulasi Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor Yamaha Jupiter Z 2008 dengan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice Analisis Grafik Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor Yamaha Jupiter Z 2008 dengan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber BAB IV PERMODELAN SISTEM Permodelan Dinamis dan Gaya Redam pada Sistem Suspensi Permodelan Dinamis dan Gaya Redam pada Sistem Suspensi Konvensional... 37

13 4.1.2 Permodelan Dinamis dan Gaya Redam pada Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber Permodelan Dinamis Sistem Setengah Kendaraan Motor Sistem Setengah Kendaraan Motor dengan Suspensi Konvensional Sistem Setengah Kendaraan Motor dengan Sistem Suspensi dengan Menggunakan Variable Orifice pada Shock Absorber Diagram Blok Input yang Digunakan Diagram Blok Sistem Suspensi Diagram Blok Sistem Setengah Kendaraan Motor dengan Sistem Suspensi Meggunakan Variable Orifice pada Shock Absorber BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN Respon Dinamis Sistem Suspensi Konvensional Respon Dinamis Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber Perbandingan Respon Dimanis Kendaraan dari Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor dengan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber dengan Input Sinusoidal Kecepatan 20 km/jam Kecepatan 40 km/jam Kecepatan 60 km/jam Kecepatan 80 km/jam Perbandingan Respon Dimanis Penumpang dari Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor dengan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber dengan Input Bump Modified ix

14 x Input Low Impact Input High Impact Perbandingan RMS (Root Mean Square) Percepatan Penumpang pada Sistem Suspensi Hidrolis dan Sistem Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber Perbandingan Displacement Transmissibility Input Sinusoidal pada Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor Menggunakan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... 91

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Konstruksi sepeda motor... 5 Gambar 2. 2 Konstruksi suspensi plunger unit pada suspensi bagian belakang motor Gambar 2. 3 Konstruksi suspensi swing arm yang dipasang pada bagian belakang sepeda motor... 8 Gambar 2. 4 Sistem suspensi hidrolik... 8 Gambar 2. 5 Siklus kompresi pada shock absorber Gambar 2. 6 Siklus ekspansi pada shock absorber Gambar 2. 7 Desain dari twin tube shock absorber yang diuji Gambar 2. 8 Energi disipasi terhadap frekuensi Gambar 2. 9 Grafik perbandingan gaya redam terhadap (a) kecepatan dan (b) percepatan pada sistem hidrolik dengan posisi suspensi tegak Gambar Grafik perbandingan gaya redam terhadap (a) kecepatan dan (b) percepatan pada sistem hidrolik dengan posisi suspensi miring Gambar Grafik respon perpindahan dan kecepatan terhadap gaya redam pada massa jenis minyak (ρ=860 kg/m3), diameter piston (Dp = 3 cm) dan diameter orifice (Do = 1-3 mm) dengan variasi frekuensi. 15 Gambar Grafik pengaruh variasi frekuensi terhadap gaya redam maksimum yang dihasilkan dari sistem suspensi hydro-pneumatic dengan massa jenis minyak (ρ=860 kg/m3) dan diameter piston (Dp = 3 cm) pada masing-masing diameter orifice (Do = 1-3 mm) Gambar Gambar siklus osilasi suatu shock absorber saat terjadi tension dan compression Gambar Hasil percobaan dalam bentuk tabel Gambar Base excitation (a) Sistem fisik base excitation (b) Free body diagram untuk sistem base excitation xi

16 xii Gambar Gambar Permodelan ½ kendaraan untuk sepeda motor Gambar Grafik Variasi Td dan ɸ terhadap r Gambar Grafik Force Transmibility Gambar Ketahanan badan manusia terhadap percepatan linier yang dapat diterima Gambar 3. 1 Diagram alir penyelesaian tugas akhir Gambar 3. 2 Permodelan fisik shock absorber konvensional Gambar 3. 3 Model dinamis shock absorber konvensional saat (a) kompresi (b) ekspansi Gambar 3. 4 Model dinamis shock absorber dengan variable orifice Gambar 3. 5 Diagram alir proses pembuatan blok diagram pada Simulink MATLAB Gambar 3. 6 Model dinamis setengah kendaraan dan free body diagram sistem setengah kendaraan Yamaha Jupiter Z Gambar 3. 7 Diagram alir proses pembuatan blok diagram Simulink MATLAB dari sistem setengah kendaraan Yamaha Jupiter Z Gambar 4. 1 Model dinamis sistem hidrolis Gambar 4. 2 Model dinamis shock absorber konvensional saat (a) kompresi (b) ekspansi Gambar 4. 3 Model fisik shock absorber dengan variable orifice Gambar 4. 4 Model dinamis shock absorber dengan variable orifice Gambar 4. 5 Free Body Diagram kendaraan model half car Gambar 4. 6 Free body diagram dari permodelan dinamis setengah kendaraan sepeda motor Gambar 4. 7 Free body diagram massa pengendara Gambar 4. 8 Free body diagram massa kendaraan Gambar 4. 9 Free bdy diagram massa roda Gambar 4. 10Free body diagram dari permodelan dinamis setengah kendaraan sepeda motor... 54

17 Gambar Free body diagram massa pengendara Gambar Free body diagram massa kendaraan Gambar Free bdy diagram massa roda Gambar Profil jalan dengan input bump yang dimodifikasi (a) γ = 1 (b) γ = 5 (c) γ = Gambar Profil jalan dengan input sinusoidal pada kecepatan (a) 20 km/jam, (b) 40 km/jam, dan (c) 60 km/jam Gambar Diagram blok gaya redam pada sistem suspensi hidrolis Gambar Diagram blok gaya redam pada sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber Gambar Input bump modified yang digunakan pada simulasi setengah kendaraan sepeda motor Gambar Blok diagram sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan pemasangan sistem suspensi konvensional atau sistem suspensi variable orifice shock absorber dengan input bump modified Gambar Blok diagram sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan pemasangan sistem suspensi konvensional atau sistem suspensi variable orifice shock absorber dengan input sinusoidal Gambar 5. 1 Grafik respon gaya redam terhadap (a) displacement (b) velocity pada sistem suspensi konvensional.. 66 Gambar 5. 2 Grafik gaya redam terhadap (a) displacement (b) velocity pada sistem suspensi dengan variable orifice Gambar 5. 3 Grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan dengan input sinusoidal (V=20 km/jam) Gambar 5. 4 Grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan dengan input sinusoidal (V=40 km/jam) xiii

18 xiv Gambar 5. 5 Grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan dengan input sinusoidal (V=60 km/jam) Gambar 5. 6 Grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan dengan input sinusoidal (V=80 km/jam) Gambar 5. 7 Grafik respon (a) displacement (b)velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan input bump ((γ = 1)) Gambar 5. 8 Grafik respon (a) displacement (b)velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan input bump ((γ = 3)) Gambar 5. 9 Perbandingan percepatan RMS dari respon penumpang kendaraan yang menggunakan sistem suspensi konvensional dan variable orifice Gambar Grafik ketahanan pengemudi berdasarkan ISO Gambar Grafik perbandingan dispaclement transmibility antara penggunaan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice... 86

19 DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Nilai gaya redam yang dihasilkan pada sistem hidrolik dengan dan tanpa sudut Tabel 2. 2 Nilai gaya redam maksimum untuk massa jenis minyak (ρ=860 kg/m3) dan diameter piston (Dp = 3 cm) pada masing-masing diameter orifice (Do = 1-3 mm) Tabel 2. 3Reaksi kenyamanan terhadap percepatan ISO Tabel 4. 1 Parameter shock absorber konvensional Tabel 4. 2 Parameter sepeda motor Yamaha Jupiter Tabel 5. 1 Parameter dan variasi sistem suspensi konvensional 66 Tabel 5. 2 Data gaya redam sistem suspensi konvensional Tabel 5. 3 Data parameter dan gaya redam sistem suspensi variable orifice Tabel 5. 4 Nilai respon dinamis dari sistem setengah kendaraan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice dengan input sinusoidal (V=20 km/jam) Tabel 5. 5 Nilai respon dinamis dari sistem setengah kendaraan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice dengan input sinusoidal (V=40 km/jam) Tabel 5. 6 Nilai respon dinamis dari sistem setengah kendaraan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice dengan input sinusoidal (V=60 km/jam) Tabel 5. 7 Nilai respon dinamis dari sistem setengah kendaraan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice dengan input sinusoidal (V=80 km/jam) Tabel 5. 8 Nilai displacement, velocity dan acceleration maksimum pada setengah kendaraan sepeda motor terhadap waktu dengan input bump modified (γ = 1)79 xv

20 xvi Tabel 5. 9 Nilai perpindahan, kecepatan, dan percepatan maksimum pada setengah kendaraan sepeda motor terhadap waktu dengan input bump modified (γ = 5) modified (γ = 5) Tabel Nilai percepatan RMS dari sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice Tabel Perbandingan nilai ketahanan pengemudi saat berkendara dengan kendaraan yang menggunakan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice Tabel Nilai perpindahan RMS dari sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice... 86

21 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Mobilitas manusia pada era globalisasi saat ini sangatlah tinggi, sehingga dibutuhkan banyaknya sarana transportasi baik darat, air, maupun udara. Sampai saat ini sarana transportasi darat merupakan yang paling populer dan banyak jenisnya. Diantara berbagai jenis alat transportasi darat yang ada, salah satu yang paling banyak digunakan oleh masyarakat Indonesia adalah sepeda motor. Banyaknya penggunaan sepeda motor sebagai alat transportasi dikarenakan kepadatan jalan yang tinggi, sehingga sepeda motor dirasa lebih praktis. Dengan meningkatnya pengguna sepeda motor, maka para produsen berlomba lomba untuk memberikan inovasi pada produk tersebut, baik berupa efisiensi kendaraan maupun kenyamanan. Dan faktor penunjang kenyamanan yang utama pada sepeda motor adalah sistem suspensinya Sistem suspensi adalah salah satu komponen yang penting dalam sepeda motor, karena sistem suspensi menjamin keamanan dan kenyamanan bagi pengendara. Sistem suspensi sering menimbulkan permasalahan berupa getaran berlebih, yang apabila melebihi batas akan menyebabkan kegagalan mesin dan permasalahan kenyamanan pada pengendara. Sistem suspensi pada motor dapat dimodelkan dengan model setengah kendaraan, karena hal ini sudah mewakili keseluruhan sistem yang ada pada sepeda motor. Sistem suspensi yang biasa digunakan pada sepeda motor adalah hydrolic shock absorber. Pada sistem suspensi hydrolic ini menggunakan minyak sebagai fluida kerja pada silinder hidrolik. Parameter-parameter yang ada pada sistem suspensi ini seperti dimensi shock absorber, tekanan dan volume fluida akan mempengaruhi karakteristik redaman dari sistem tersebut, serta dapat mempengaruhi respon dinamis dari sepeda motor saat sistem suspensi tersebut dipasangkan pada kendaraan. Untuk 1

22 2 memperoleh hasil yang terbaik maka dibutuhkan inovasi inovasi baru dari segi desain konstruksi, dimensi, maupun fluida pengisi tabung suspensi sehingga memiliki performa terbaik. Oleh karena itu, dilakukan analisa untuk mengetahui respon dinamis dan karakteristik dari sistem suspensi yang ada pada sepeda motor. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut, 1. Bagaimana pengaruh parameter geometri dan posisi dari variable orifice terhadap gaya redam yang dihasilkan oleh shock absorber pada sepeda motor Yamaha Jupiter Z Bagaimana respon dinamis dari penumpang dan kendaraan terhadap perubahan geometri dan posisi dari variable orifice. 3. Bagaimana perbandingan gaya redam yang dihasilkan oleh shock absorber pada sepeda motor Yamaha Jupiter 2008 sebelum dan sesudah menggunakan variable orifice. 1.3 Tujuan Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut, 1. Mengetahui pengaruh parameter geometri dan posisi dari variable orifice terhadap gaya redam yang dihasilkan oleh shock absorber pada sepeda motor Yamaha Jupiter Z Untuk mengetahui respon dinamis dari penumpang dan kendaraan terhadap perubahan geometri dan posisi dari variable orifice. 3. Mengetahui perbandingan gaya redam yang dihasilkan oleh shock absorber pada sepeda motor Yamaha Jupiter 2008 sebelum dan sesudah menggunakan variable orifice.

23 3 1.4 Batasan Masalah Adapun batasan masalah yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut, 1. Untuk simulasi, hanya menggunakan setengah kendaraan (half car), dan kendaraan yang digunakan adalah sepeda motor. 2. Kendaraan yang dimodelkan adalah Yamaha Jupiter Z Profil jalan dimodelkan sebagai input sinusoidal 4. Parameter yang digunakan dalam simulasi didapat berdasarkan jurnal. 5. Fluida kerja minyak pada silinder hidrolik diasumsikan incompressible flow. 6. Panjang stroke maksimal adalah dari titik atas upper orifice sampai titik bawah lower orifice. 7. Metode yang digunakan untuk simulink adalah state variable. 1.5 Manfaat Adapun manfaat dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut, 1. Memberikan informasi pengaruh parameter dimensi dan posisi dari variable orifice terhadap gaya redam yang dihasilkan oleh shock absorber pada sepeda motor Yamaha Jupiter Z Memberikan informasi mengenai respon dinamis dari penumpang dan kendaraan terhadap perubahan geometri dan posisi dari variable orifice. 3. Memberikan informasi mengenai perbandingan gaya redam yang dihasilkan oleh shock absorber pada sepeda motor Yamaha Jupiter 2008 sebelum dan sesudah menggunakan variable orifice. 3

24 4 Halaman ini sengaja dikosongkan

25 2.1. Konstruksi Motor BAB II TINJAUAN PUSTAKA Gambar 2. 1 Konstruksi sepeda motor Motor adalah alat transportasi darat yang digerakkan oleh mesin, dan memiliki dua roda yang berada pada posisi sebaris lurus. Motor biasanya menggunakan bahan bakar berupa premium, pertamax, ataupun pertalite. Mesin motor merubah bahan bakar dan udara, dari energi kimia menjadi energi mekanik untuk kemudian ditransmisikan ke komponen-komponen lain pada motor sehingga motor dapat berjalan. Sebagai suatu sistem penggerak, motor memiliki beberapa komponen penyusun utama. Semua komponen tersebut bekerja sama menyusun suatu sistem utuh yang menyokong suatu kendaraan. Komponen utama penyusun motor adalah sebagai berikut : 1. Unit Daya (Mesin) 2. Sistem Pemindah Daya (Drivetrain) 3. Sistem Suspensi 4. Support dan Penyangga (Body) 5. Sistem Kelistrikan 5

26 Sistem Suspensi Motor Sistem suspensi adalah kumpulan komponen tertentu yang berfungsi meredam kejutan, getaran yang terjadi pada kendaraan akibat permukaan jalan yang tidak rata yang dapat meningkatkan kenyamanan berkendara dan pengendalian kendaraan [6]. Sistem suspensi kendaraan terletak di antara bodi (kerangka) dengan roda. Pada sepeda motor, tipe suspensi yang digunakan untuk roda depan dan belakang biasanya berbeda. Hal ini dikarenakan besarnya gaya impact dan beban yang diterima oleh bagian depan berbeda dengan yang diterima oleh bagian belakang kendaraan. Beberapa jenis suspensi yang biasa digunakan untuk sepeda bermotor adalah sebagai berikut. A. Suspensi Depan (Front Suspension) Sistem suspensi bagian depan sepeda motor umunya terbagi menjadi 3, yaitu : a. Garpu batang bawah (bottom link fork) Jenis ini biasanya dipasang pada sepeda motor bebek model lama, vespa atau scooter. b. Garpu teleskopik (telescopic fork) Jenis ini merupakan jenis suspensi yang paling banyak digunakan pada sepeda motor. Suspensi teleskopik terdiri dari dua garpu (fork) yang dijepitkan pada steering yoke. c. Up side down Jenis suspensi ini banyak diterapkan pada sepeda motor kapsitas besar, seperti Yamaha R1 dan R6, Suzuki GSX 600, dll. Tipe ini pada dasarnya hampir sama dengan tipe garpu teleskopik, hanya saja jika pada tipe garpu teleskoik tabung fluida redam terletak di bawah, maka pada tipe ini justru sebaliknya, tabung fluida redam terletak di atas.

27 7 B. Suspensi Belakang (Rear Suspension) Gambar 2. 2 Konstruksi suspensi plunger unit pada suspensi bagian belakang motor. Generasi awal suspensi belakang pada sepeda motor adalah jenis plunger unit. Tipe ini tidak mampu mengontrol dengan nyaman roda belakang. Tidak seperti suspensi depan, suspensi belakang tidak mempunyai sistem steering (kemudi). Sistem ini hanya menopang roda belakang dan menahan goncangan akibat permukaan kondisi jalan. Tipe suspensi belakang saat ini yang banyak digunakan adalah: a. Tipe Swing Arm b. Tipe Unit Swing Konstruksi suspensi tipe swing arm adalah dua buah lengan yang digantung pada rangka dan ujung yanga lain dari suspensi tersebut menopang roda belakan, seperti ditunjukkan pada gambar 2.2 di atas. Getaran pada sepeda motor yang disebabkan oleh permukaan jalan yang tidak rata perlu diredam untuk mengurangi kejutan-kejutan akibat gerak pegas. Komponen yang berfungsi sebagai peredam kejut tersebut adalah sok breker. Oleh sok breker gerak ayun naik turun badan sepeda motor diperlambat sehingga menjadi lembut dan tidak mengejut. Itulah sebabnya sok breker disebut juga sebagai peredam kejut.

28 8 Gambar 2. 3 Konstruksi suspensi swing arm yang dipasang pada bagian belakang sepeda motor Kontruksi tipe unit swing arm adalah bagian itu sendiri yang bereaksi seperti lengan yang berayun. Jadi bagian tersebut yang berayun. Umumnya suspensi tipe unit swing dipakai pada sepeda motor yang mempunyai penggerak akhirnya (final drive) memakai sistem poros penggerak Sistem Peredam Hidrolik Jika sistem suspensi hanya dilengkapi dengan sebuah pegas saja, maka setiap kendaraan yang menghantam bump akan mengalami pantulan yang naik turun selama beberapa kali pada frekuensi natural pegasnya. Ketika tertekan oleh sebuah bump, sebuah sistem suspensi membutuhkan komponen untuk mendisipasi energi yang tersimpan pada pegas. Shock absorber atau peredam kejut adalah alat yang digunakan untuk mendisipasi energi tersebut. Gambar 2. 4 Sistem suspensi hidrolik

29 9 Sistem suspensi hidrolik (hydraulic suspension) adalah sistem yang banyak digunakan saat ini, karena sistem ini memiliki banyak kelebihan dibanding sistem suspensi konvensional. Sistem ini memanfaatkan fluida kerja untuk membantu mengurangi redaman. Sistem suspensi bekerja dalam dua siklus yaitu siklus kompresi dan siklus ekspansi. a. Siklus Kompresi Saat shock absorber ditekan karena gaya osilasi dari pegas suspensi, maka gerakan shock absorber memendek. Siklus kompresi terjadi ketika piston bergerak ke bawah, menekan fluida hidrolik di dalam ruang bawah piston. Minyak shock absorber yang berada di bawah piston akan naik ke ruang atas piston melalui lubang yang ada pada piston. Sementara lubang kecil (orifice) pada piston tertutup karena katup menutup saluran orifice tersebut. Penutupan katup ini disebabkan karena peletakan katup yang berupa membran (plat tipis) dipasangkan di bawah piston, sehingga ketika minyak shock absorber berusaha naik ke atas maka katup membran ini akan terdorong oleh shock absorber dan akibatnya menutup saluran orifice. Jadi minyak shock absorber akan menuju ke atas melalui lubang yang besar pada piston, sementara minyak tidak bisa keluar melalui saluran orifice pada piston. Pada saat ini shock absorber tidak melakukan peredaman terhadap gaya osilasi dari pegas suspensi karena minyak dapat naik ke ruang di atas piston dengan sangat mudah. Gaya redam pada sistem peredam hidrolik saat siklus kompresi dapat dirumuskan dengan hubungan silinder hidrolik dengan pipa menggunakan persamaan konservasi massa sebagai berikut: (( ) ) (2.1) dimana: ρ : massa jenis fluida (kg/m 3 ) A 2 : luas area kompresi (m 2 ) A tube : luas silinder (m 2 ) v 2 : kecepatan aliran kompresi (m/s)

30 10 Gambar 2. 5 Siklus kompresi pada shock absorber b. Siklus Ekspansi Pada saat ekspansi, piston di dalam tabung akan bergerak dari bawah naik ke atas. Gerakan naik piston ini membuat minyak shock absorber yang sudah berada di atas menjadi tertekan. Minyak shock absorber ini akan mencari jalan keluar agar tidak tertekan oleh piston, maka minyak ini akan mendorong katup pada saluran orifice untuk membuka dan minyak akan keluar atau turun ke bawah melalui saluran orifice. Pada saat ini katup pada lubang besar di piston akan tertutup karena katup ini terletak di atas piston. Minyak shock absorber ini akan menekan katup lubang besar, piston ke bawah dan mengakibatkan katup tertutup. Pada saat itu, minyak shock absorber hanya dapat turun melalui saluran orifice kecil, karena saluran kecil maka minyak shock absorber tidak akan bisa cepat turun ke bawah atau terhambat. Di saat itulah shock absorber melakukan peredaman terhadap gaya osilasi pegas suspensi. Gaya redam pada sistem peredam hidrolik saat siklus kompresi dapat dirumuskan dengan hubungan silinder hidrolik dengan pipa menggunakan persamaan konservasi massa sebagai berikut: dimana: ρ A 1 A tube v 1 : massa jenis fluida (kg/m3) : luas area ekspansi (m2) : luas silinder (m2) : kecepatan aliran ekspansi (m/s) (( ) ) (2.1)

31 11 Gambar 2. 6 Siklus ekspansi pada shock absorber Pada tahun 2014 penelitian mengenai twin tube shock absorber telah dilakukan oleh Avinash B, Shyam Sundar S, dan K V Gangadharan dengan judul Experimental Study of Damping Characteristic of Air, Silicon Oil, Magneto Reologichal Fluid on Twin Tube Damper. Penelitian ini menguji karakteristik damping dari magneto reologichal pada twin tube shock absorber terhadap variasi fluida kerja yang digunakan. Gambar 2. 7 Desain dari twin tube shock absorber yang diuji Fluida kerja yang digunakan silicon oil, udara, dan MR fluid serta frekuensi yang diberikan bervariasi antara 1 Hz sampai dengan 1.5 Hz. Masing masing fluida kerja tersebut kemudian diuji dengan menggunakan alat untuk memperoleh karakteristik dampingnya.

32 12 Gambar 2. 8 Energi disipasi terhadap frekuensi Dari percobaan yang dilakukan, terlihat bahwa MR fluid memiliki karakteristik damping terbesar dibandingkan silicon oil dan udara. Selain itu, MR fluid dapat meningkatkan damping rate saat berada di bawah pengaruh medan magnet. Dimana damper yang digunakan adalah magneto reologichal twin tube shock absorber, sehingga MR fluid dapat bekerja dengan baik. Pada tahun 2015, Tri Ayu Rachmawati mahasiswa Lintas Jalur Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya melakukan penelitian berjudul Pemodelan Respon Dinamis Sistem HMERSA (Hydro-Magneto Electro Regenerative Shock Absorber) Pada Sistem Suspensi Truk dengan Posisi Tegak dan Bersudut. Parameter yang digunakan yaitu diameter silinder 5 cm, diameter batang piston 3 cm, dan diameter pipa 2 mm dengan variasi frekuensi 1 Hz hingga 1.7 Hz dengan kenaikan 0.2 Hz. (a) (b) Gambar 2. 9 Grafik perbandingan gaya redam terhadap (a) kecepatan dan (b) percepatan pada sistem hidrolik dengan posisi suspensi tegak

33 13 (a) (b) Gambar Grafik perbandingan gaya redam terhadap (a) kecepatan dan (b) percepatan pada sistem hidrolik dengan posisi suspensi miring Tabel 2. 1 Nilai gaya redam yang dihasilkan pada sistem hidrolik dengan dan tanpa sudut Suspensi Kondisi 1 Hz 1.3 Hz 1.5 Hz 1.7 Hz Depan (dengan sudut) Belakang (tegak) Ekspansi Kompresi e e+004 Ekspansi Kompresi e e+004 Dari tabel 2.1. dapat dilihat nilai gaya redam yang dihasilkan. Jika dibandingkan, misalnya pada frekuensi 1.7 Hz sistem hidrolik dengan sudut menghasilkan gaya redam yaitu 4279 N pada saat ekspansi. Sedangkan gaya redam yang dihasilkan oleh sistem hidrolik tanpa sudut adalah 4752 N. Terjadi perbedaan nilai gaya redam pada ekspansi dan kompresi karena pengaruh dari luasan diameter silinder hidrolik dan piston hidrolik. Nilai gaya redam yang paling besar pada suspensi dengan dan tanpa sudut terjadi pada saat frekuensi paling besar yaitu 1.7 Hz. Dapat disimpulkan bahwa dengan adanya sudut, gaya redam yang dihasilkan oleh sistem hidrolik lebih kecil.

34 14 Pada tahun 2016 dilakukan penelitian kembali mengenai suspensi hydro-pneumatic oleh Istina Rahmawati dan telah dimuat dengan judul Permodelan dan Analisis Pengaruh Perubahan Parameter Sistem Suspensi Hydro-Pneumatic terhadap Gaya Redam dan Gaya Pegas Serta Respon Dinamis Mobil. Melalui model matematis dan permodelan pada software Matlab, penelitian ini menjelaskan dan membahas karakteristik dari sistem suspensi hydro-pneumatic shock absorber pada mobil dengan perubahan parameter. Input yang digunakan pada tugas akhir ini adalah input sinusoidal dan bump modified [5]. Dari sistem suspensi hydro-pneumatic didapatkan hasil bahwa semakin kecil diameter orifice (D 0) maka gaya redam yang dihasilkan semakin besar. Semakin besar tekanan awal gas (p 0 ), maka gaya pegas yang dihasilkan semakin besar. Semakin besar volume awal gas (V 0) yang digunakan, maka gaya pegas yang dihasilkan semakin kecil. Pada sistem seperempat kendaraan mobil dengan penggunaan sistem suspensi hydro-pneumatic untuk input bump modified dengan variasi jenis gas dan tekanan awal gas, respon kendaraan dan penumpang berturut-turut mencapai kondisi steady state kurang dari 2 detik dan 1,5 detik. Sedangkan untuk input sinusoidal dengan variasi jenis gas dan tekanan awal gas, respon kendaraan dan penumpang mencapai kondisi steady state kurang dari 3 detik. Dari kedua jenis variasi jenis gas dan tekanan awal gas yang digunakan pada simulasi, hasil dari nilai RMS untuk percepatan getaran penumpang adalah tidak ada keluhan (nyaman) apabila dibandingkan dengan standar ISO 2631 dan mencapai ketahanan lebih dari 24 jam. Untuk gaya tekan ban (road holding) untuk variasi jenis gas maupun tekanan gas bernilai positif, sehingga ban dalam posisi aman, yaitu masih menapaki jalan.

35 Damping Force (N) Damping Force (N) Damping Force (N) Damping Force (N) Damping Force (N) Damping Force (N) 15 2 x 105 0,5 Hz 2 x 105 0,5 Hz Hz 1,5 Hz 2 Hz Hz 1,5 Hz 2 Hz Displacement (m) (a) D p = 3 x 10-2 m, D o = 2 x 10-3 m Velocity (m/s) (b) D p = 3 x 10-2 m, D o = 2 x 10-3 m 1.5 x 104 0,5 Hz 1.5 x 104 0,5 Hz 1 Hz 1 Hz 1 1,5 Hz 1 1,5 Hz 2 Hz 2 Hz Displacement (m) (c) D p = 3 x 10-2 m, D o = 3 x 10-3 m Velocity (m/s) (d) D p = 3 x 10-2 m, D o = 3 x 10-3 m ,5 Hz 1 Hz 1,5 Hz 2 Hz ,5 Hz 1 Hz 1,5 Hz 2 Hz Displacement (m) Velocity (m/s) (e) (f) Gambar Grafik respon perpindahan dan kecepatan terhadap gaya redam pada massa jenis minyak (ρ=860 kg/m3), diameter piston (Dp = 3 cm) dan diameter orifice (Do = 1-3 mm) dengan variasi frekuensi

36 Max. Force (N) 16 Tabel 2. 2 Nilai gaya redam maksimum untuk massa jenis minyak (ρ=860 kg/m3) dan diameter piston (Dp = 3 cm) pada masing-masing diameter orifice (Do = 1-3 mm) Diameter Gaya Redam Orifice (D o ) 0,5 Hz 1 Hz 1,5 Hz 2 Hz 1 mm N N N N 2 mm 674,9667 N 2699,9 N 6074,7 N N 3 mm 133,3258 N 533,3032 N 1199,9 N 2196 N Silinder Hidrolik ρ = 860 kg/m 3 dan Dp = 3 mm Do = 3 mm Do = 2 mm Do = 1 mm ,5 1 1,5 2 Frequency (Hz) Gambar Grafik pengaruh variasi frekuensi terhadap gaya redam maksimum yang dihasilkan dari sistem suspensi hydropneumatic dengan massa jenis minyak (ρ=860 kg/m3) dan diameter piston (Dp = 3 cm) pada masing-masing diameter orifice (Do = 1-3 mm) Pada tahun 2016 dilakukan penelitian oleh I.V. Ryabova, V.V. Novikova, dan A.V. Pozdeev dengan judul Efficiency of Shock Absorber in Vehicle Suspension. Penelitian ini membahas keberadaan dua daerah yang dianggap tidak efisien pada siklus osilasi dalam suatu shock absorber pada suspensi kendaraan. Penelitian ini berdasarkan analisis persamaan dinamis untuk suatu sistem yang disebut linear single-support single-mass vibrating system with fixed elastic and damping characteristics at harmonic kinematic disturbance.

37 17 Gambar Gambar siklus osilasi suatu shock absorber saat terjadi tension dan compression Pada gambar 2.13 menunjukkan suatu shock absorber yang mengalami suatu siklus osilasi, dimana terlihat bahwa shock absorber tersebut berada pada kondisi tension dan compression. Daerah yang diarsir merupakan daerah yang dianggap tidak efisien saat terjadi siklus osilasi. Berdasarkan penurunan rumus dan simulasi yang telah dilakukan, didapatkan hasil sebagai berikut. Gambar Hasil percobaan dalam bentuk tabel Dari hasil yang didapatkan diketahui bahwa secara linier, kuadratic maupun kubik memiliki hasil yang relatif sama untuk nilai relative damping factor yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa keberadaan area yang tidak efisien saat terjadi siklus osilasi pada shock absorber tersebut adalah benar adanya.

38 Teori Getaran Base Excitation Akibat adanya eksitasi input y(t), memungkinkan suatu sistem pegas-massa-peredam mengalami gerak harmonik seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.12(a). Eksitasi input y(t) menyatakan perpindahan dari base, dan x(t) menyatakan perpindahan massa dari posisi kesetimbangan statis pada aktu t. Sehingga perpanjangan dari pegas adalah ( -y) dan kecepatan relatif antara kedua ujung damper adalah ( -y ). Dari free body diagram yang ditunjukkan pada gambar 2.11(b), didapatkan persamaan gerak: ( ) ( ) (2.3) ( ) ( ) (2.4) Gambar Base excitation (a) Sistem fisik base excitation (b) Free body diagram untuk sistem base excitation 2.3 Permodelan Dinamis Setengah Kendaraan Untuk Sepeda Motor Dalam perancangan kendaraan, dalam kasus ini sepeda motor model setengah kendaraan (salah satu dari dua roda) digunakan untuk menyederhanakan masalah dengan sistem pegas-peredam.

39 19 M1 X1 K1 C1 M2 X2 K2 C2 Gambar Gambar Permodelan ½ kendaraan untuk sepeda motor. W Persamaan gerak dari gambar adalah : ( ) ( ) (2.5) ( ) ( ) ( ) ( ) (2.6) Kemudian dari persamaan tersebut, diubah menjadi bentuk state variable equation: [ ( ) ( )] (2.7) [ ( ) ( ) ( ) ( )] (2.8) 2.4 Transmibilitas Perpindahan (Displacement Transmibility) Rasio dari amplitudo respon Xp(t) terhadap base motion y(t), yaitu X/Y, disebut dengan displacement transmissibility. Displacement transmissibility adalah seberapa besar respon gerakan yang ditransmisikan dari input jalan ke massa kendaraan dengan variasi frekuensi saat berkendara [2]. Grafik transmisibilitas perpindahan dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

40 20 Gambar Grafik Variasi Td dan ɸ terhadap r Berikut ini merupakan karakteristik yang didapat dari gambar 2.14.a, yaitu: 1. T d = 1 saat r = 0 dan mendekati 1 untuk nilai r yang sangat kecil 2. Untuk sistem yang tak teredam (ζ = 0), T d menuju tak hingga saat r = 1 (resonansi) 3. Nilai T d < 1 ketika r =, untuk semua nilai ζ 4. Nilai T d = 1 ketika r =, untuk semua nilai ζ 5. Untuk r <, semakin kecil nilai ζ maka akan semakin besar T d -nya. Sebaliknya, untuk r >, semakin kecil nilai ζ maka akan semakin kecil T d -nya 6. Nilai dari T d mencapai maksimum untuk 0 < ζ < 1 pada saat r = r m < 1. Perumusan r m dapat ditulis sebagai berikut: [ ] (2.9) 2.5 Transmibilitas Gaya (Force Transmibility) Rasio dari FT/kY diketahui sebagai force transmissibility dengan catatan gaya yang ditransmisikan berada pada fase yang sama dengan gerakan dari massa x(t). Variasi dari gaya yang ditransmisikan ke permukaan jalan (base) dengan rasio frekuensi r dapat dilihat pada gambar untuk nilai damping ratio (ζ ) yang berbeda.

41 21 Gambar Grafik Force Transmibility Gaya, F, ditransmisikan ke permukaan jalan atau tumpuan bergantung pada reaksi dari pegas (spring) dan dashpot. Gaya tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut: ( ) ( ) (2.10) ( ) ( ) (2.11) Dimana FT adalah amplitudo atau nilai maksimum dari gaya yang ditransmisikan ke permukaan jalan, dirumuskan sebagai berikut: ( ) * ( ) ( ) + (2.12) 2.6 Pengaruh Percepatan Kendaraan terhadap Kenyamanan Pengendara Gerakan utama yang dialami pengemudi selama mengemudi adalah berupa percepatan, perlambatan dan getaran. Unit dasar yang digunakan sebagai ukuran dari percepatan yang dialami manusia adalah berbasis pada gaya gravitasi yang diringkas G. Seseorang yang jatuh bebas dimana percepatan jatuhnya adalah 9,81 m/s 2 dikatakan mengalami percepatan sebesar 1 G. Toleransi manusia terhadap percepatan ditunjukan pada gambar Gambar tersebut menunjukan level percepatan rata-rata untuk bermacam arah gerakan yang mampu ditahan oleh tubuh manusia.

42 22 Informasi ketahanan badan manusia terhadap percepatan merupakan hal yang sangat penting sebagai referensi dalam perancangan ketahanan bodi kendaraan terhadap impact. Jika pada saat kendaraan mengalami impact dimana pengemudi atau penumpang mendapat percepatan atau perlambatan melebihi yang mampu didukung oleh badan, maka akan dapat membahayakan pengemudi dan penumpang kendaraan tersebut. Gambar Ketahanan badan manusia terhadap percepatan linier yang dapat diterima Untuk kriteria kenyamanan berdasarkan besar percepatan menurut standart ISO 2631, ditampilkan pada tabel berikut:

43 23 Tabel 2. 3Reaksi kenyamanan terhadap percepatan ISO 2631 No. Getaran Keterangan 1. a < m/s 2 Tidak ada keluhan m/s 2 < a < 0.63 m/s 2 Sedikit tidak nyaman m/s 2 < a < 0.1 m/s 2 Agak tidak nyaman m/s 2 < a < 1.6 m/s 2 Tidak nyaman m/s 2 < a < 2.5 m/s 2 Sangat tidak nyaman 6. a > 2 m/s 2 Amat sangat tidak nyaman Selain berdasarkan kenyamanan, acuan baik tidaknya suspensi kendaraan juga dilihat berdasarkan kenyamanan. Ditinjau dari segi keamanan, suspensi dikatakan relatif aman jika roda dan permukaan jalan melekat dengan baik atau diusahakan defleksi pada roda seminimal mungkin. Defleksi maksimum dari suspensi depan sebesar 10 cm, sedangkan untuk suspensi belakang maksimum sebesar 12 cm.

44 24 Halaman ini sengaja dikosongkan

45 BAB III METODOLOGI 3.1 Metodologi Penelitian Penelitian tugas akhir ini dilakukan untuk mengetahui dan menganalisa respon berupa perpindahan dan kecepatan pada desain shock absorber yang dimodifikasi parameternya. Dalam proses analisis dilakukan beberapa langkah yang ditunjukkan dengan diagram alir pada gambar 3.1 di bawah ini Mulai Studi lliteratur Data gaya redaman yang dibutuhkan motor Permodelan dinamis shock absorber sebelum modifikasi Pembuatan blok diagram pada Simulink Matlab untuk shock absorber sebelum modifikasi Simulasi gaya redam untuk shock absorber sebelum modifikasi Permodelan dinamis shock absorber dengan variable orifice Pembuatan blok diagram pada Simulink Matlab untuk shock absorber dengan variable orifice Simulasi gaya redam untuk shock absorber dengan variable orifice Hasil simulasi dibandingkan dan dianalisis Hasil sesuai kebutuhan Tidak Permodelan dinamis sistem setengah kendaraan untuk Yamaha Jupiter Z 2008 dengan shock absorber sebelum modifikasi dan variable orifice pada shock absorber A Ya 25

46 26 A Pembuatan diagram, blok sistem setengah kendaraan untuk Yamaha Jupiter Z 2008 dengan shock absorber sebelum modifikasi dan variable orifice pada shock absorber Input Sinusoidal Input bump modified Simulasi dan analisis grafik dari sistem setengah kendaraan untuk Yamaha Jupiter Z 2008 dengan shock absorber sebelum modifikasi dan variable orifice pada shock absorber Grafik dan karakteristik dinamis pada sistem suspensi hydrolis dan sistem setengah kendaraan untuk Yamaha Jupiter Z 2008 dengan shock absorber sebelum modifikasi dan variable orifice pada shock absorber Kesimpulan dan saran Selesai Gambar 3. 1 Diagram alir penyelesaian tugas akhir Metodologi penyelesaian tugas akhir ini secara umum dapat dilihat pada gambar 3.1, dimulai dari tahapan studi literatur. Pada tahapan ini kita mempelajari dan mencari informasi mengenai prinsip kerja dan re-design shock absorber. Kemudian kita mencari data-data mengenai gaya redam yang dibutuhkan oleh kendaraan. Langkah berikutnya adalah membuat permodelan dinamis untuk shock absorber yang belum dimodifikasi. Setelah dilakukan permodelan dinamis, berikutnya adalah membuat blok diagram pada Simulink Matlab untuk shock absorber sebelum dimodifikasi. Blok diagram yang sudah dibuat disimulasikan untuk memperoleh grafik karakteristik gaya redam dari shock absorber sebelum modifikasi tersebut. Langkah permodelan sampai simulasi tersebut juga dilakukan pada shock absorber

47 27 dengan variable orifice, untuk mendapatkan grafik karakteristik gaya redamnya. Hasil kedua grafik gaya redam tersebut dibandingkan dan dianalisis. Langkah selanjutnya adalah sistem tersebut dipasang pada model setengah kendaraan sepeda motor dengan langkah yang sama seperti sebelumnya. Langkah tersebut adalah dengan membuat model fisik dan matematis untuk sistem tersebut, kemudian kita buat persamaan geraknya dan dilanjutkan dengan membuat blok diagram dengan menggunakan input berupa input sinusoidal dan bump. Dari simulasi yang dilakukan akan didapatkan grafik karakteristik dinamis dari setengah kendaraan dengan variable orifice pada shock absorber. Setelah didapatkan hasil, maka langkah terakhir adalah membuat kesimpulan berdasarkan hasil tersebut dan memberikan saran untuk penelitian selanjutnya. 3.2 Tahap Studi Literatur Dalam penulisan tugas akhir ini diperlukan beberapa referensi untuk menunjang analisis dari sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber kendaraan sepeda motor. Karena itu dilakukan studi literatur untuk menambah pengetahuan dan dasar-dasar mengenai permasalahan yang akan dibahas pada tugas akhir ini. Materi dari studi literatur yang menunjang dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah mekanika getaran, permodelan dan analisis sistem dinamis, serta pembuatan blok diagram dengan menggunakan software Simulink MATLAB. Sedangkan studi lapangan yang dilakukan untuk penelitian ini adalah penentuan nilai parameter dari shock absorber yang digunakan dalam permodelan dan simulasi dari sistem. Nilai dari parameter yang diperlukan pada sistem berupa data teknis dari sistem suspensi yang meliputi dimensi shock absorber, massa sepeda motor saat kosong dan saat dikendarai oleh penumpang. Referensi untuk studi literatur didapatkan dari buku, jurnaljurnal ilmiah, dan penelitian-penelitian terdahulu yang berhubungan dengan permasalahan yang akan dibahas. Sedangkan untuk studi lapangan yang dilakukan meliputi

48 28 penentuan dimensi pada sepeda motor yang didapat dari data hasil penelitian oleh kelompok yang membuat perancangan alat terkait. 3.3 Pemodelan dan Simulasi Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber Pemodelan Fisik dan Permodelan Dinamis Sistem Suspensi Konvensional Penelitian ini bertujuan untuk memodifikasi shock absorber yang digunakan pada kendaraan sepeda motor Yamaha Jupiter 2008 dengan mengubah geometri dari orifice yang ada pada shock absorber. Pada shock absorber konvensional, silinder yang digunakan adalah tipe monotube dimana orifice terletak pada bagian piston dengan jumlah 6 orifice. Permodelan fisik shock absorber konvensional dapat dilihat pada gambar 3.2 di atas. Sistem tersebut meliputi silinder hidrolis, piston, orifice, dan fluida kerja. Saat proses kompresi, piston bergerak ke atas sehingga fluida pada ruang atas piston akan terdorong, menyebabkan fluida kerja mengalir dari ruang atas piston menuju ruang bawah piston melalui orifice. Saat ekspansi, piston bergerak ke bawah, fluida pada ruang bawah piston akan terdorong, menyebabkan fluida kerja mengalir dari ruang bawah piston menuju ruang atas piston melalui orifice. Gambar 3. 2 Permodelan fisik shock absorber konvensional Gambar 3.3 menunjukkan model dinamis shock absorber konvensional saat terjadi proses kompresi dan ekspansi.

49 29 Gambar 3. 3 Model dinamis shock absorber konvensional saat (a) kompresi (b) ekspansi Pemodelan Fisik dam Permodelan Dinamis dari Sistem Suspensi dengan Variable Orifice Sistem suspensi dengan variable orifice terdiri dari dua silinder (twin tube) dengan orifice berbentuk persegi panjang dengan ukuran panjang (H) dan lebar (b) pada dinding silinder dalam. Permodelan fisik dan dinamis shock absorber dengan variable orifice dapat dilihat pada gambar 3.4 Gambar 3. 4 Model dinamis shock absorber dengan variable orifice

50 30 Luasan total dari orifice pada sistem suspensi konvensional sama besarnya dengan luasan total orifice pada sistem suspensi dengan variable orifice. Besarnya nilai lebar (b) dan panjang (H) orifice didapatkan dengan perhitungan sebagai berikut Luasan 1 buah orifice pada sistem suspensi konvensional adalah sebagai berikut, dengan diameter orifice (Do) 1,5 mm dan diameter orifice ekspansi sama dengan kompresi ( ) untuk sistem suspensi konvensional memiliki 6 orifice, sehingga luasan total adalah ( ) Sedangkan luasan 1 buah orifice pada sistem suspensi dengan variable orifice adalah sebagai berikut, dengan lebar (b) 1,06 mm dan panjang (H) 5 mm. Untuk sistem suspensi dengan variable orifice memiliki 2 buah orifice, sehingga luasan total sistem suspensi dengan variable orifice adalah Dari perhitungan tersebut dapat dilihat luasan total kedua sistem suspensi adalah sama. Pemilihan besarnya nilai lebar (b) dan panjang (H) didapatkan berdasarkan perhitungan untuk mendapatkan nilai gaya redam terbesar.

51 Pembuatan Blok Simulasi dari Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice Gambar 3. 5 Diagram alir proses pembuatan blok diagram pada Simulink MATLAB Setelah membuat persamaan gerak sistem suspensi, langkah berikutnya adalah membuat blok diagram pada simulink matlab. Proses pembuatan blok diagram dijelaskan pada diagram alir seperti pada gambar 3.5 di atas. Input yang digunakan pada simulasi permodelan ini adalah input sinusoidal dengan amplitudo yang diberikan sebesar 0,02 m dan frekuensi perpindahan batang piston 0-2 Hz dengan kenaikan sebesar 0,1 Hz.

52 Analisis Grafik Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber Dari simulasi yang telah dilakukan untuk sistem suspensi kovensional dan sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber, didapatkan grafik karakteristik gaya redam yang berupa grafik gaya redam terhadap perpindahan dan kecepatan. Grafik karakteristik tersebut dianalisis dan diambil keputusan, kemudian dipilih gaya redam terbaik untuk selanjutnya digunakan sebagai parameter pada simulasi sistem setengah kendaraan. 3.4 Pemodelan dan Simulasi Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor Yamaha Jupiter Z 2008 dengan Sistem Suspensi Konvensional dan SIstem Suspensi denganvariable Orifice pada Shock Absorber Pemodelan Dinamis dan Pembuatan Persamaan dari Sistem Setengah Kendaraan Yamaha Jupiter Z 2008 dengan Penggunaan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice Permodelan yang digunakan dalam tugas akhr ini adalah model setangah kendaraan untuk sepeda motor dengan tiga degree of freedom (DOF). Permodelan sistem ini ditunjukkan dengan gambar 3.6 di bawah yang meliputi Mp adalah massa penumpang, Map adalah massa kendaraan, dan Mt adalah massa roda. Sedangkan Kp adalah konstanta kekakuan dari alas duduk penumpang, Kt adalah konstanta kekakuan roda, Cp adalah konstanta redaman alas duduk penumpang, dan Ct adalah konstanta redaman roda. Sedangkan Fd merupakan gaya redaman yang dihasilkan oleh sistem suspensi dengan variasi luasan orifice, dan Fk adalah gaya pegas dari sistem suspensi.

53 33 Gambar 3. 6 Model dinamis setengah kendaraan dan free body diagram sistem setengah kendaraan Yamaha Jupiter Z Pembuatan Blok Simulasi Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor Yamaha Jupiter Z 2008 dengan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice Setelah mendapatkan persamaan gerak dari sistem setengah kendaraan, selanjutnya membuat blok diagram simulasi untuk sistem setengah kendaraan sepeda motor pada software Simulink MATLAB. Input yang digunakan adalah input sinusoidal dan input bump modified. Setelah melakukan simulasi, hasil yang keluar berupa grafik karakteristik dinamis sistem setengah kendaraan untuk kedua sistem suspensi. Langkah yang digunakan sama untuk kedua input baik input sinusoidal dan input bump modified. Parameter yang digunakan terdapat ada tabel 4.1 dan 4.2 Diagram alir pembuatan blok diagram setengah kendaraan dapat dilihat pada gambar 3.7.

54 34 Gambar 3. 7 Diagram alir proses pembuatan blok diagram Simulink MATLAB dari sistem setengah kendaraan Yamaha Jupiter Z Analisis Grafik Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor Yamaha Jupiter Z 2008 dengan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber Dari simulasi sistem setengah kendaraan sepeda motor Yamaha Jupiter Z 2008 dengan penggunaan sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber diperoleh respon dinamis berupa perpindahan, kecepatan, dan percepatan dari input sinusoidal dan input bump modified yang digunakan.

55 35 Respon dinamis dari sistem suspensi asli Yamaha Jupiter Z 2008 dibandingkan dengan respon dinamis pada sistem suspensi Yamaha Jupiter Z 2008 dengan variable orifice. Sistem suspensi dengan variable orifice akan memiliki gaya redam yang lebih baik sehingga lebih mampu mengurangi getaran pada bodi sepeda motor akibat energi eksitasi dari permukaan jalan yang tidak rata dan beban impact saat kendaraan berjalan dengan kecepatan tinggi. Dengan gaya redam yang lebih baik maka getaran yang diterima oleh penumpang juga sangat kecil.

56 36 Halaman ini sengaja dikosongkan

57 BAB IV PERMODELAN SISTEM 4.1 Permodelan Dinamis dan Gaya Redam pada Sistem Suspensi Permodelan Dinamis dan Gaya Redam pada Sistem Suspensi Konvensional A. Permodelan fisik shock absorber konvensional Penelitian ini bertujuan untuk memodifikasi shock absorber yang digunakan pada kendaraan sepeda motor Yamaha Jupiter 2008 dengan mengubah geometri dari orifice yang ada pada shock absorber. Pada shock absorber konvensional, silinder yang digunakan adalah tipe monotube dimana orifice terletak pada bagian piston dengan jumlah 6 orifice. Gambar 4. 1 Model dinamis sistem hidrolis Permodelan fisik shock absorber konvensional dapat dilihat pada gambar 4.1 di atas. Sistem tersebut meliputi silinder hidrolis, piston, orifice, dan fluida kerja. Saat proses kompresi, piston bergerak ke atas sehingga fluida pada ruang atas piston akan terdorong, menyebabkan fluida kerja mengalir dari ruang atas piston menuju ruang bawah piston melalui orifice. Saat ekspansi, 37

58 38 piston bergerak ke bawah, fluida pada ruang bawah piston akan terdorong, menyebabkan fluida kerja mengalir dari ruang bawah piston menuju ruang atas piston melalui orifice.parameter dari shock absorber konvensional dapat dilihat pada tabel 4.1 di bawah ini. Tabel 4. 1 Parameter shock absorber konvensional Keterangan Dimensi (mm) Diameter piston (Dp) Diameter piston rod (Dpr) 7.95 Diameter orifice (Do) 1.50 Tebal piston (Tp) Panjang piston rod (Psr) Panjang silinder (Ps) B. Permodelan dinamis shock absorber konvensional Permodelan dinamis untuk sistem suspensi konvensional ditunjukkan pada gambar 4.2. Fluida kerja yang digunakan adalah minyak yang akan menghasilkan gaya redam, baik saat proses ekspansi maupun saat proses kompresi. Gambar 4. 2 Model dinamis shock absorber konvensional saat (a) kompresi (b) ekspansi

59 39 Besarnya gaya redam yang dihasilkan saat proses kompresi maupun ekspansi dirumuskan sebagai berikut : Hukum Pascal (4.1) Dimana didapatkan dari persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik yang lain pada aliran yang sama. Hukum Bernoulli (4.2) Pada kasus ini =, dan dianggap sama, sehingga menghasilkan persamaan : (4.3) Minyak sebagai fluida kerja diasumsikan sebagai incompressible fluid, maka dengan menggunakan hukum konservasi massa didapatkan persamaan sebagai berikut : Kompresi Ekspansi (4.4)

60 40 (4.5) dimana, (4.6) (4.7) Perumusan perbedaan tekanan dengan substitusi persamaan (4.4) ke persamaan (4.3) sehingga didapat perbedaan tekanan saat kompresi sebagai berikut : Kompresi (( ) ) (( ) ) (( ) ) (4.8) Sedangkan perbedaan tekanan saat ekspansi didapat dengan substitusi (4.5) ke (4.3) maka persamaan menjadi : Ekspansi (( ) ) (4.9) Persamaan gaya redam saat kompresi didapat dari substitusi persamaan (4.8) ke persamaan (4.1), sehingga didapat gaya redam saat kompresi sebagai berikut :

61 41 Kompresi ( ) (( ) ) (( ) ) (( ) ) (4.10) Ekspansi ( ) (( ) ) ( ) ( ) (( ) ) ( ) (( ) ) (4.11) Keterangan = Tekanan = Massa jenis fluida = Kecepatan piston = Kecepatan alir fluida saat ekspansi (ekspansion) = Kecepatan alir fluida saat kompresi (compression) = Besarnya perpindahan piston (m) = Luasan orifice saat kompresi = Luasan orifice saat ekspansi = Luasan piston = Luasan piston rod = Gaya redam = Diameter orifice

62 Permodelan Dinamis dan Gaya Redam pada Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber A. Permodelan fisik shock absorber dengan variable orifice Shock absorber dengan menggunakan variable orifice terdiri dari dua buah silinder (twin tube) dan memiliki diameter silinder yang berbeda. Diameter silinder dalam lebih kecil daripada diameter silinder luar. Shock absorber ini memilik dua buah orifice yang berada pada posisi berbeda. Orifice bagian atas (upper orifice) berada pada bagian atas titik kesetimbangan dari silinder. Sedangkan orifice bawah (lower orifice) berada pada bagian bawah titik kesetimbangan. Hal ini menyebabkan, pada saat piston berada pada titik kesetimbangan, akan terjadi overlapping antara upper orifice dan lower orifice. Orifice pada shock absorber ini berbentuk persegi panjang dengan panjang (H) dan lebar (b) yang telah ditentukan. Disebut sebagai variable orifice, karena luasan orifice akan berubah seiring dengan pergerakan piston terhadap sumbu x saat terjadi proses ekspansi maupun kompresi. Saat piston bergerak, maka tebal piston akan menutup sebagian orifice sehingga gaya redam yang dihasilkan akan berubah seiring pergerakan piston. Saat menghitung gaya redam maka rumus luasan orifice tersebut menjadi, dimana x adalah jarak perpindahan piston saat naik atau turun sesuai proses yang sedang berlangsung (kompresi atau ekspansi), x disini merupakan fungsi waktu.

63 43 Gambar 4. 3 Model fisik shock absorber dengan variable orifice Gambar 4.3 menunjukkan model fisik dari shock absorber dengan variable orifice. Keterangan untuk model fisik tersebut adalah sebagai berikut : b h = Diameter silinder luar = Diameter silinder dalam = Diameter piston = Piston stroke = Lebar orifice = Panjang orifice

64 44 B. Permodelan dinamis shock absorber dengan variable orifice Gambar 4. 4 Model dinamis shock absorber dengan variable orifice Gambar 4.4 menunjukkan model dinamis dari shock absorber dengan variable orifice. Untuk memperoleh gaya redam saat terjadi ekspansi dan kompresi, dirumuskan sebagai berikut : Persamaan bernoulli dasar : (4.12) Dengan mengasumsikan dan besarnya nilai adalah sama, maka didapatkan persamaan sebagai berikut : (4.13)

65 45 Dengan menggunakan persamaan yang sama, maka diperoleh dapat diperoleh perubahan nilai tekanan saat terjadi kompresi dan ekspansi sebagai berikut : Persamaan kompresi (4.14) Persamaan ekspansi (4.15) Dengan besarnya luasan orifice didefinisikan sebagai berikut : ( ( )) (4.16) Dikarenakan luasan kedua orifice sama, maka didapatkan persamaan berikut : (4.17) Keterangan = Tekanan = Massa jenis fluida = Kecepatan piston = Kecepatan alir fluida saat ekspansi (ekspansion) = Kecepatan alir fluida saat kompresi (compression) = Luasan orifice = Lebar orifice = Tinggi orifice = Besarnya perpindahan piston (m) = Luasan orifice kompresi = Luasan orifice bawah (lower orifice) = tebal piston Kompresi Persamaan debit fluida saat terjadi kompresi dapat dirumuskan sebagai berikut :

66 46 (4.18) Keterangan : = Luas permukaan piston = Kecepatan piston = Luas orifice = Kecepatan alir fluida saat kompresi (compression) Untuk mendapatkan besarnya perubahan tekanan, maka dicari dengan mensubtitusikan persamaan (4.18) ke persaman (4.14) (( ) ) (( ) ) (( ) ) (4.19) Gaya redam yang dihasilkan shock absorber pada saat kompresi dapat dirumuskan dengan persamaan berikut : (4.20) Dimana : (4.21) Keterangan : = Gaya redam = Perubahan tekanan = Luasan orifice saat terjadi kompresi = Diameter piston Dengan mensubtitusikan persamaan (4.19) dan (4.21) ke persamaan (4.20) didapatkan persamaan berikut : [ (( ) ) ]

67 47 *( ) + ( ( ) ) ( ) (4.22) Ekspansi Persamaan debit fluida saat terjadi ekspansi dapat dirumuskan sebagai berikut : Keterangan : = Luas permukaan piston = Luas piston rod = Kecepatan piston = Luas orifice = Kecepatan alir fluida saat ekspansi (ekspansion) (4.23) Untuk mendapatkan besarnya perubahan tekanan, maka dicari dengan mensubtitusikan persamaan (4.23) ke persaman (4.15) (( ) ) (( ) ) (( ) ) (4.24) Gaya redam yang dihasilkan shock absorber pada saat ekspansi dapat dirumuskan dengan persamaan berikut :

68 48 Dimana : (4.25) (4.26) Keterangan : = Gaya redam = Perubahan tekanan = Luasan orifice saat terjadi ekspansi = Diameter piston = Diameter piston rod Dengan mensubtitusikan persamaan (4.24) dan (4.26) ke persamaan (4.25) didapatkan persamaan berikut : [ (( ) ) ] *( ) + ( ( ) ) ( ) (4.27) 4.2 Permodelan Dinamis Sistem Setengah Kendaraan Motor Untuk melakukan simulasi setengah kendaraan pada matlab, besarnya nilai Mv harus diketahui terlebih dahulu. Mv diasumsikan sebagai massa setengah kendaraan bagian belakang. Untuk mencari nilai Mv yang akan digunakanperlu dikatahui massa kendaraan pada bagian depan dengan cara melakukan penimbangan pada bagian roda depan dan roda belakang. Setelah melakukan penimbangan, didapatkan posisi center of gravity (CG) pada mobil, sehingga dari CG tersebut dapat diketahui

69 49 persentase beban pada bagian depan kendaraan seperti pada gambar 4.5. L L R L F W Gambar 4. 5 Free Body Diagram kendaraan model half car Pada penimbangan akan didapatkan nilai W F dan W R yaitu distribusi berat di bagian depan dan belakang kendaraan. W Tumpuan roda depan (titik A) W Tumpuan roda belakang (titik B) (4.28) (4.29) dimana: L F = Jarak CG sampai tumpuan roda depan (m) L R = Jarak CG sampai tumpuan roda belakang (m) L = Jarak poros roda depan dan roda belakang (m) W F = Berat kendaraan bagian depan (N) W R = Berat kendaraan bagian belakang (N) W = Berat total kendaraan kosong (N)

70 Sistem Setengah Kendaraan Motor dengan Suspensi Konvensional Setelah mendapatkan model dinamis dari sistem, kemudian membuat persamaan gerak dari sistem tersebut. Permodelan dinamis untuk setengah kendaraan sepeda motor dapat dilihat pada gambar 4.6 berikut ini. Gambar 4. 6 Free body diagram dari permodelan dinamis setengah kendaraan sepeda motor Keterangan : = Gaya redam yang diterima shock absorber = Massa pengendara (mass passanger) = Massa kendaraan (mass vehicle) = Massa roda (mass tire) = Konstanta kekakuan alas duduk penumpang = Konstanta kekakuan spring shock absorber = Konstanta kekakuan roda = Konstanta redaman alas duduk penumpang = Konstanta redaman roda = Respon perpindahan penumpang = Respon perpindahan spring shock absorber = Respon perpindahan roda

71 51 Dari free body diagram diatas dapat ditulis persamaan gerak untuk ketiga massa adalah sebagai berikut Free Body Diagram Mp (Mass Passanger) Gambar 4. 7 Free body diagram massa pengendara Persamaan matematis dari Mp adalah sebagai berikut : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.30) Persamaan state variable dari persamaan 4.23 yaitu : [ ( ) ( )] (4.31) Free Body Diagram Mv (Mass Vehicle) Gambar 4. 8 Free body diagram massa kendaraan

72 52 Persamaan matematis dari Mv adalah sebagai berikut : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.32) Persamaan state variable dari persamaan 4.32 yaitu : * ( ) ( ) + (4.33) Dengan mensubtitusikan persamaan 4.10 dan 4.11 ke persamaan 4.33 didapatkan persamaan berikut : Kompresi ( ) ( ) [ ] (4.32) (( ) ) Ekspansi [ ( ) ( ) ( ) (( ) ) ] (4.35)

73 53 Free Body Diagram Mt (Mass Tire) Gambar 4. 9 Free bdy diagram massa roda Persamaan matematis dari Mv adalah sebagai berikut : (4.36) Persamaan state variable dari persamaan 4.36 yaitu : [ ] (4.37) Dengan mensubtitusikan persamaan 4.10 dan 4.11 ke persamaan 4.37 didapatkan persamaan Kompresi [ (( ) ) ] (4.38)

74 54 Ekspansi [ ( ) (( ) ) ] (4.39) Sistem Setengah Kendaraan Motor dengan Sistem Suspensi dengan Menggunakan Variable Orifice pada Shock Absorber Gambar Free body diagram dari permodelan dinamis setengah kendaraan sepeda motor Keterangan : = Gaya redam yang diterima shock absorber = Massa pengendara (mass passanger) = Massa kendaraan (mass vehicle) = Massa roda (mass tire) = Konstanta kekakuan alas duduk penumpang = Konstanta kekakuan spring shock absorber = Konstanta kekakuan roda = Konstanta redaman alas duduk penumpang = Konstanta redaman roda = Respon perpindahan penumpang = Respon perpindahan spring shock absorber = Respon perpindahan roda

75 55 Dari free body diagram diatas dapat ditulis persamaan gerak untuk ketiga massa adalah sebagai berikut Free Body Diagram Mp (Mass Passanger) Gambar Free body diagram massa pengendara Persamaan matematis dari Mp adalah sebagai berikut : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.40) Persamaan state variable dari persamaan 4.23 yaitu : [ ( ) ( )] (4.41) Free Body Diagram Mv (Mass Vehicle) Gambar Free body diagram massa kendaraan

76 56 Persamaan matematis dari Mv adalah sebagai berikut : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.42) Persamaan state variable dari persamaan 4.42 yaitu : * ( ) ( ) + (4.43) Dengan mensubtitusikan persamaan 4.22 dan 4.27 pada persamaan 4.43 didapatkan persamaan berikut : Kompresi * ( ) ( ) ( ) + (4.44) Ekspansi [ ( ) ( ) ( ) ] (4.45)

77 57 Free Body Diagram Mt (Mass Tire) Gambar Free bdy diagram massa roda Persamaan matematis dari Mv adalah sebagai berikut : (4.46) Persamaan state variable dari persamaan 4.29 yaitu : [ ] (4.47) Dengan mensubtitusikan persamaan 4.22 dan 4.27 pada persamaan 4.47 didapatkan persamaan Kompresi [ ( ) ] (4.48)

78 58 Ekspansi [ ( ) ] (4.49) 4.3 Diagram Blok Dari persamaan gerak yang telah diperoleh, dibuat blok diagram yang sesuai dengan persamaan gerak dari masing-masing sistem yang ada. Dari diagram blok tersebut akan diperolehgrafik respon masinh-masing sistem yang akan dibahas pada bab selanjutnya Input yang Digunakan Pada tugas akhir ini akan dilakukan simulasi untuk sistem suspensi hidrolis dan sistem suspensi modifikasi penambahan single flywheel, juga sistem seperempat kendaraan mobil dengan penggunaan kedua sistem suspensi tersebut. Pada saat pemodelan pada program simulasi digunakan dua macam input, yang pertama yaitu input bump yang telah dimodifikasi, kemudian akan menghasilkan respon transien. Kedua, input sinusoidal yang akan menghasilkan respon steady state. Persamaan dari kedua input tersebut dapat dituliskan sebagai berikut: input bump yang dimodifikasi (4.50)

79 Displacement (m) Displacement (m) Displacement (m) 59 Time (s) (a) Time (s) Time (s) (a) (b) Gambar Profil jalan dengan input bump yang dimodifikasi (a) γ = 1 (b) γ = 5 (c) γ = 20 Input ini merupakan fungsi dari γ (severity parameter), yaitu 1 untuk low impact atau untuk kendaraan dengan kecepatan sekitar 7 km/jam, 5 untuk less servere impact atau untuk kendaraan dengan kecepatan 36 km/jam, dan 20 untuk more severe impact atau untuk kendaraan dengan kecepatan sekitar 72 km/jam. Sedangkan adalah. Nilai Y merupakan amplitudo, amplitudo yang digunakan dalam simulasi yaitu sebesar 2 cm. input sinusoidal (4.51)

80 Displacement (m) Displacement (m) Displacement (m) 60 Time (s) (a) Time (s) (b) Time (s) (c) Gambar Profil jalan dengan input sinusoidal pada kecepatan (a) 20 km/jam, (b) 40 km/jam, dan (c) 60 km/jam Pada persamaan 4.34, nilai Y merupakan amplitudo yang digunakan, yaitu sebesar 2 cm. Besar frekuensi akan divariasikan dengan panjangan gelombang (λ) sebesar 10 m. Pada input sinusoidal tersebut digunakan empat macam frekuensi yang masing-masing mewakili kecepatan kendaraan yang berbeda (20 km/jam, 40 km/jam, 60 km/jam, dan 80 km/jam), menggunakan rumus dalam satuan rad/s Diagram Blok Sistem Suspensi Untuk melakukan simulasi pada sistem suspensi hidrolis maupun sistem suspensi dengan menggunakan variable orifice, parameter yang digunakan tercantum pada tabel 4.2

81 61 Tabel 4. 2 Parameter sepeda motor Yamaha Jupiter 2008 Parameter Nilai Keterangan Massa 1 penumpang (Mp) 80 kg - Kosntanta damping alas 1165 N.s/m - duduk (Cp) Konstanta pegas alas 200 N.s/m - duduk (Kp) Massa kendaraan kosong 56,36 kg - Massa ban (Mt) 7,3 kg - Konstanta pegas suspensi N.s/m - (Kv) Konstanta damping ban 3430 N.s/m (Ct) Radial tire 28 psi Konstanta pegas ban (Kt) N/m Gambar Diagram blok gaya redam pada sistem suspensi hidrolis

82 62 Gambar Diagram blok gaya redam pada sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber Diagram Blok Sistem Setengah Kendaraan Motor dengan Sistem Suspensi Meggunakan Variable Orifice pada Shock Absorber Gambar Input bump modified yang digunakan pada simulasi setengah kendaraan sepeda motor

83 Gambar Blok diagram sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan pemasangan sistem suspensi konvensional atau sistem suspensi variable orifice shock absorber dengan input bump modified 63

84 64 Gambar Blok diagram sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan pemasangan sistem suspensi konvensional atau sistem suspensi variable orifice shock absorber dengan input sinusoidal

85 BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN Dari permodelan yang telah dilakukan, didapatkan respon dinamis dari sistem suspensi konvensional, sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber, sistem setengah kendaraan motor yang menggunakan suspensi konvensional, serta sistem setengah kendaraan motor yang menggunakan sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber. Respon dinamis pada sistem konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber yang dibahas pada bab ini adalah respon perpindahan dan kecepatan terhadap gaya redam yang dihasilkan oleh kedua sistem tersebut. Pada grafik gaya redam yang dihasilkan oleh sistem, nilai positif merupakan hasil simulasi dari kondisi ekspansi, sedangkan nilai negatif merupakan hasil dari kondisi kompresi. Untuk sistem seperempat kendaraan, respon dinamis yang akan dibahas adalah respon perpindahan, kecepatan, dan percepatan yang dialami oleh penumpang dan kendaraan. Hal yang pertama dilakukan untuk simulasi sistem suspensi konvensional adalah pemilihan paramater dan menjaganya dalam kondisi konstan seperti yang dicantumkan pada tabel 4.1. Sistem suspensi konvensional ditampilkan dengan tujuan sebagai pembanding dengan sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber. Pada simulasi untuk sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber, pemilihan dimensi orifice yang berukuran panjang (H) dan lebar (b), serta posisi dari dari orifice berdasarkan titik acuan dilakukan dengan perhitungan tertentu. Frekuensi yang digunakan divariasikan mulai dari 0,5 Hz sampai 2 Hz dengan kenaikan 0,5 Hz. Tahap selanjutnya adalah mengaplikasikan sistem suspensi hidrolis dan sistem suspensi dengan variable orifice pada shock absorber, pada sistem setengah kendaraan motor dengan kecepatan kendaraan yang bervariasi. Input yang digunakan pada simulasi ini adalah input sinusoidal dan input 65

86 66 bump modified. Dari kedua input yang digunakan, didapatkan respon dinamis dari penumpang kendaraan. Respon dinamis dari masing-masing sistem suspensi kemudian dibandingkan dengan kriteria kenyamanan percepatan RMS (Root Mean Square) menutu ISO Respon Dinamis Sistem Suspensi Konvensional Sebelum melakukan simulasi untuk sistem suspensi konvensional perlu diketahui parameter yang akan digunakan. Parameter yang digunakan untuk simulasi sistem suspensi hidrolis ditampilkan pada tabel 5.1 di bawah ini. Tabel 5. 1 Parameter dan variasi sistem suspensi konvensional Massa Diameter Diameter Diameter Diaameter jenis orifice orifice piston piston Frekuensi fluida ekspansi kompresi rod (Dp) (ρ) (Doe) (Dok) (Dpr) 860 kg/m m m Hz 1 Hz 1.5 Hz 2 Hz (a) (b) Gambar 5. 1 Grafik respon gaya redam terhadap (a) displacement (b) velocity pada sistem suspensi konvensional Gambar 5.1 menunjukkan repon gaya redam terhadap (a) displacement dan (b) velocity kecepatan pada sistem suspensi

87 67 konvensional dengan menggunakan variasi frekuensi 0.5 Hz, 1 Hz, 1.5 Hz, dan 2 Hz. Nilai positif adalah untuk proses ekspansi dan nilai negatif untuk proses kompresi. Dari grafik gaya redam terhadap displacement dapat kita lihat bahwa semakin tinggi frekuensi, maka semakin besar gaya redam yang dihasilkan. Hal ini sesuai dengan teori, (( ) ) (4.10) dengan merupakan kecepatan, yang didefinisikan sebagai dimana dijelaskan bahwa gaya redam yang dihasilkan sebanding dengan kecepatan, dan kecepatan sebanding dengan frekuensi. Namun pada grafik gaya redam terhadap velocity, terlihat bahwa pada frekuensi 0.5 Hz, 1 Hz, dan 1.5 Hz tidak terlihat perbedaan karena grafik berhimpit dengan frekuensi 2 Hz. Data gaya redam yang dihasilkan sistem suspensi konvensional dapat dilihat pada tabel 5.2. Karakteristik grafik respon gaya redam terhadap displacement dan velocity menunjukkan trend line meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan kendaraan. Tabel 5. 2 Data gaya redam sistem suspensi konvensional Frekuensi Gaya redam (N) (Hz) Ekspansi Kompresi Dari tabel 5.2 dapat disimpulkan bahwa gaya redam saat ekspansi lebih besar daripada gaya redam saat kompresi. Gaya redam saat ekspansi dipengaruhi oleh luasan piston (A p ), luasan

88 68 piston rod (A pr ), dan luasan orifice (A o ). Sedangkan saat kompresi hanya dipengaruhi oleh luasan piston (A p ) dan luasan orifice (A o ), seperti yang telah dijelaskan pada bab Respon Dinamis Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber Untuk melakukan simulasi terhadap sistem suspensi dengan variable orifice, terlebih dahulu harus ditentukan parameter yang digunakan. Variasi frekuensi yang digunakan adalah 0.5 Hz, 1 Hz, 1.5 Hz, dan 2 Hz. Data variasi parameter dan gaya redam yang dihasilkan oleh sistem sistem suspensi dengan variable orifice dapat dilihat pada tabel 5.3 Tabel 5. 3 Data parameter dan gaya redam sistem suspensi variable orifice Frekuensi Gaya redam (N) Panjang orifice (H) Lebar orifice (b) Ekspansi Kompresi 0.5 Hz Hz mm 1,06 mm 1.5 Hz Hz Dimensi dari variable orifice didapatkan dari hasil simulasi, sehingga memperoleh nilai seperti pada tabel di atas. Total luasan orifice pada sistem suspensi variable orifice adalah sama dengan orifice pada sistem suspensi konvensional. Pada grafik terlihat bahwa nilai positif adalah nilai untuk proses ekspansi, dan nilai negatif untuk proses kompresi.

89 69 (a) (b) Gambar 5. 2 Grafik gaya redam terhadap (a) displacement (b) velocity pada sistem suspensi dengan variable orifice Gambar 5.2 adalah grafik respon gaya redam terhadap perpindahan dan kecepatan dengan variasi frekuensi 0,5 Hz, 1 Hz, 1,5 Hz, dan 2 Hz. Pada grafik respon gaya redam terhadap displacement dapat dilihat bahwa semakin besar frekuensi maka semakin besar pula gaya redam yang dihasilkan oleh sistem. Hal tersebut sesuai dengan teori (( ) ) (4.10) dengan merupakan kecepatan, yang didefinisikan sebagai dimana dijelaskan bahwa gaya redam yang dihasilkan sebanding dengan kecepatan, dan kecepatan sebanding dengan frekuensi. Gaya redam yang dihasilkan oleh sistem suspensi dengan variable orifice lebih tinggi dibandingkan sistem suspensi konvensional. Kedua grafik memiliki trendline yang sama, namun dengan nilai yang berbeda. Gaya redam saat proses ekspansi pada sistem suspensi variable orifice pada frekuensi 2 Hz adalah 520,2 N, sedangkan gaya redam saat proses ekspansi pada sistem suspensi konvensional pada frekuensi 2 Hz adalah 398,89 N.

90 Perbandingan Respon Dimanis Kendaraan dari Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor dengan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber dengan Input Sinusoidal Setelah melakukan simulasi sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice, maka kedua sistem tersebut diaplikasikan pada sistem setengah kendaraan sepeda motor. Input sinusoidal digunakan untuk melihat respon dinamis sistem seperempat kendaraan akibat beban harmonik, serta untuk melihat waktu yang dibutuhkan sistem untuk mencapai kondisi steady state. Variasi kecepatan yang digunakan 20 km/jam, 40 km/jam, 60 km/jam, dan 80 km/jam Kecepatan 20 km/jam (a) (b) (c) Gambar 5. 3 Grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan dengan input sinusoidal (V=20 km/jam)

91 71 Tabel 5. 4 Nilai respon dinamis sistem setengah kendaraan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice dengan input sinusoidal (V=20 km/jam) Jenis Suspensi Displacement Maksimum (m) Velocity Maksimum (m/s) Acceleration Maksimum (m/s 2 ) Variable Orifice Konvensional Gambar 5.3 adalah grafik respon (a)displacement (b)velocity (c)acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice menggunakan variasi input sinusoidal pada kecepatan 20 km/jam. Dapat dilihat ketiga grafik tersebut menghasilkan respon steady state setelah 4 detik untuk displacement terhadap waktu, setelah 3 detik untuk velocity terhadap waktu, dan setelah 3 detik untuk acceleration terhadap waktu. Pada ketiga grafik terlihat bawa respon untuk sistem konvensional dan sistem dengan variable orifice saling berhimpit. Pada grafik hasil simulasi sistem suspensi konvensional didapatkan nilai displacement maksimum penumpang 0,0258 m, velocity maksimum 0,0844 m/s, dan acceleration maksimum 0,3882 m/s 2. Sedangkan pada grafik hasil simulasi sistem suspensi variable orifice didapatkan nilai displacement maksimum penumpang 0,0246 m, velocity maksimum 0,0834 m/s, dan acceleration maksimum 0,3882 m/s 2. Respon dinamis yang dihasilkan oleh kedua sistem suspensi tidak terlalu berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa pada kecepatan rendah, gaya redam yang dihasilkan kedua sistem suspensi memiliki karakteristik yang sama. Data respon dinamis kedua sistem suspensi dapat dilihat pada tabel 5.4.

92 Kecepatan 40 km/jam (a) (b) (c) Gambar 5. 4 Grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan dengan input sinusoidal (V=40 km/jam) Tabel 5. 5 Nilai respon dinamis dari sistem setengah kendaraan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice dengan input sinusoidal (V=40 km/jam) Jenis Suspensi Displacement Maksimum (m) Velocity Maksimum (m/s) Acceleration Maksimum (m/s 2 ) Variable Orifice Konvensional Gambar 5.4 adalah grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan sistem suspensi konvensional

93 73 dan sistem suspensi dengan variable orifice menggunakan variasi input sinusoidal pada kecepatan 40 km/jam. Dapat dilihat ketiga grafik tersebut menghasilkan respon steady state setelah 2 detik untuk displacement terhadap waktu, setelah detik untuk velocity terhadap waktu, dan setelah 3 detik untuk acceleration terhadap waktu. Pada ketiga grafik terlihat bawa respon sistem konvensional maupun sistem dengan variable orifice saling berhimpit. Pada grafik hasil simulasi sistem suspensi konvensional didapatkan nilai displacement maksimum penumpang 0,0367 m, velocity maksimum 0,2565 m/s, dan acceleration maksimum 1,8080 m/s 2. Sedangkan pada grafik hasil simulasi sistem suspensi variable orifice didapatkan nilai displacement maksimum penumpang 0,0261 m, velocity maksimum 0,1844 m/s, dan acceleration maksimum 1,2115 m/s 2. Displacement, velocity, dan acceleration maksimal dari sistem suspensi konvensional memiliki nilai yang lebih tinggi daripada sistem suspensi variable orifice. Hal ini disebabkan oleh gaya redam yang dihasilkan oleh sistem suspensi dengan variable orifice memiliki nilai lebih besar dibandingkan sistem suspensi konvensional. Data respon dinamis kedua sistem suspensi dapat dilihat pada tabel 5.5.

94 Kecepatan 60 km/jam (a) (b) (c) Gambar 5. 5 Grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan dengan input sinusoidal (V=60 km/jam) Tabel 5. 6 Nilai respon dinamis dari sistem setengah kendaraan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice dengan input sinusoidal (V=60 km/jam) Jenis Suspensi Displacement Maksimum (m) Velocity Maksimum (m/s) Acceleration Maksimum (m/s 2 ) Variable Orifice Konvensional Gambar 5.5 adalah grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice menggunakan variasi

95 75 input sinusoidal pada kecepatan 40 km/jam. Dapat dilihat ketiga grafik tersebut menghasilkan respon steady state setelah 3 detik untuk displacement terhadap waktu, setelah 3 detik untuk velocity terhadap waktu, dan setelah 2 detik untuk acceleration terhadap waktu. Pada ketiga grafik terlihat bawa respon sistem konvensional maupun sistem dengan variable orifice saling berhimpit. Pada grafik hasil simulasi sistem suspensi konvensional didapatkan nilai displacement maksimum penumpang 0,0298 m, velocity maksimum 0,2992 m/s, dan acceleration maksimum 3,0961 m/s 2. Sedangkan pada grafik hasil simulasi sistem suspensi variable orifice didapatkan nilai displacement maksimum penumpang 0,0168 m, velocity maksimum 0,1686 m/s, dan acceleration maksimum 1,6279 m/s 2. Displacement, velocity, dan acceleration maksimal dari sistem suspensi konvensional memiliki nilai yang lebih tinggi daripada sistem suspensi variable orifice. Hal ini disebabkan oleh gaya redam yang dihasilkan oleh sistem suspensi dengan variable orifice memiliki nilai lebih besar dibandingkan sistem suspensi konvensional. Data respon dinamis kedua sistem suspensi dapat dilihat pada tabel 5.6.

96 Kecepatan 80 km/jam (a) (b) (c) Gambar 5. 6 Grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan dengan input sinusoidal (V=80 km/jam) Tabel 5. 7 Nilai respon dinamis dari sistem setengah kendaraan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice dengan input sinusoidal (V=80 km/jam) Jenis Suspensi Displacement Maksimum (m) Velocity Maksimum (m/s) Acceleration Maksimum (m/s 2 ) Variable Orifice Konvensional Gambar 5.6 adalah grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan sistem suspensi konvensional

97 77 dan sistem suspensi dengan variable orifice menggunakan variasi input sinusoidal pada kecepatan 40 km/jam. Dapat dilihat ketiga grafik tersebut menghasilkan respon steady state setelah 2 detik untuk displacement terhadap waktu, setelah 2 detik untuk velocity terhadap waktu, dan setelah 2 detik untuk acceleration terhadap waktu. Pada ketiga grafik terlihat bawa respon sistem konvensional maupun sistem dengan variable orifice saling berhimpit. Pada grafik hasil simulasi sistem suspensi konvensional didapatkan nilai displacement maksimum penumpang 0,0167 m, velocity maksimum 0,2066 m/s, dan acceleration maksimum 2,7299 m/s 2. Sedangkan pada grafik hasil simulasi sistem suspensi variable orifice didapatkan nilai displacement maksimum penumpang 0,0138 m, velocity maksimum 0,1485 m/s, dan acceleration maksimum 2,0894 m/s 2. Displacement, velocity, dan acceleration maksimal dari sistem suspensi konvensional memiliki nilai yang lebih tinggi daripada sistem suspensi variable orifice. Hal ini disebabkan oleh gaya redam yang dihasilkan oleh sistem suspensi dengan variable orifice memiliki nilai lebih besar dibandingkan sistem suspensi konvensional. Data respon dinamis kedua sistem suspensi dapat dilihat pada tabel Perbandingan Respon Dimanis Penumpang dari Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor dengan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber dengan Input Bump Modified Input bump digunakan pada simulasi, untuk melihat respon sistem terhadap beban kejut atau respon transien. Pada simulasi ini, severity parameter yang digunakan hanya 1 dan 5. Severity 1 digunakan untuk input low impact. Sedangkan severity 3 digunakan untuk input high impact. Amplitudo yang digunakan adalah 0,02 cm.

98 Input Low Impact (a) (b) (c) Gambar 5. 7 Grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan input bump ((γ = 1)) Gambar 5.7 menunjukkan grafik respon dinamis (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan input bump (γ = 1). Dari ketiga grafik terlihat bahwa kedua sistem mencapai kondisi transien pada waktu yang sama. Pada respon displacement kedua sistem mencapai kondisi transien setelah 3 detik, untuk respon velocity kedua sistem mencapai transien setelah 6 detik, dan untuk respon acceleration kedua sistem mencapai transien setelah 8 detik. Data displacement, velocity dan acceleration dari kedua sistem dapat dilihat pada tabel 5.8 berikut.

99 79 Tabel 5. 8 Nilai displacement, velocity dan acceleration maksimum pada setengah kendaraan sepeda motor terhadap waktu dengan input bump modified (γ = 1) Jenis Suspensi Displacement Maksimum (m) Velocity Maksimum (m/s) Acceleration Maksimum (m/s 2 ) Variable Orifice Konvensional Gambar 5.7 menunjukkan bahwa respon kedua sistem suspensi terhadap input bump low impact secara umum nilai sistem displacement, velocity, dan acceleration dari sistem suspensi konvensional lebih tinggi dibandingkan sistem suspensi dengan variable orifice. Namun untuk respon acceleration terhadap waktu, nilai acceleration pada sistem suspensi dengan variable orifice lebih tinggi daripada sistem suspensi konvensional untuk waktu 0 second. Pada grafik hasil simulasi sistem suspensi konvensional didapatkan nilai displacement maksimum penumpang sebesar 0,0333 m, velocity maksimum sebesar 0,1774 m/s, dan acceleration maksimum sebesar 1,5043 m/s 2. Sedangkan pada grafik hasil simulasi sistem suspensi variable orifice didapatkan nilai displacement maksimum penumpang sebesar 0,0264 m, velocity maksimum sebesar 0,1572 m/s, dan acceleration maksimum sebesar 2,0238 m/s 2.

100 Input High Impact (a) (b) (c) Gambar 5. 8 Grafik respon (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan input bump ((γ = 3)) Gambar 5.8 menunjukkan grafik respon dinamis (a) displacement (b) velocity (c) acceleration terhadap waktu pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan input bump (γ = 3). Dari ketiga grafik terlihat bahwa kedua sistem mencapai kondisi transien pada waktu yang sama. Pada respon displacement kedua sistem mencapai kondisi transien setelah 3 detik, untuk respon velocity kedua sistem mencapai transien setelah 3 detik, dan untuk respon acceleration kedua sistem mencapai transien setelah 6 detik. Data displacement, velocity dan acceleration dari kedua sistem dapat dilihat pada tabel 5.9 berikut.

101 81 Tabel 5. 9 Nilai perpindahan, kecepatan, dan percepatan maksimum pada setengah kendaraan sepeda motor terhadap waktu dengan input bump modified (γ = 3) Jenis Suspensi Displacement Maksimum (m) Velocity Maksimum (m/s) Acceleration Maksimum (m/s 2 ) Variable Orifice Konvensional Gambar 5.8 menunjukkan bahwa respon kedua sistem suspensi terhadap input bump low impact secara umum nilai sistem displacement, velocity, dan acceleration dari sistem suspensi konvensional lebih tinggi dibandingkan sistem suspensi dengan variable orifice. Namun untuk respon velocity dan acceleration terhadap waktu, nilai pada sistem suspensi dengan variable orifice lebih tinggi daripada sistem suspensi konvensional untuk waktu 0 second. Pada grafik hasil simulasi sistem suspensi konvensional didapatkan nilai displacement maksimum penumpang sebesar 0,0164 m, velocity maksimum sebesar 0,1266 m/s, dan acceleration maksimum sebesar 1,9336 m/s 2. Sedangkan pada grafik hasil simulasi sistem suspensi variable orifice didapatkan nilai displacement maksimum penumpang sebesar 0,0155 m, velocity maksimum sebesar 0,2162 m/s, dan acceleration maksimum sebesar 7,1859 m/s Perbandingan RMS (Root Mean Square) Percepatan Penumpang pada Sistem Suspensi Hidrolis dan Sistem Sistem Suspensi dengan Variable Orifice pada Shock Absorber Pada simulasi ini digunakan standar kenyamanan ISO 2631untuk menganalisa kenyamanan penumpang akibat eksitasi sinusoidal yang terjadi. Simulasi dilakukan dengan variasi kecepatan 20 km/jam hingga 80 km/jam dengan kenaikan setiap 10 km/jam. Dari kecepatan tersebut akan diperoleh nilai frekuensi dalam satuan Hz menggunakan persamaan, dengan

102 82 mengasumsikan nilai λ (panjang jalan) sebesar 10 m. Nilai percepatan RMS didapatkan dari simulink command pada software matlab. Setelah itu, nilai percepatan RMS yang telah disimulasikan akan diplot pada grafik kenyamanan ISO Pada grafik tersebut dapat diketahui lama ketahanan pengendara saat berkendara menurut standar ISO 2631 untuk setiap frekuensi kendaraan. Nilai percepatan RMS dari setiap variasi frekuensi dapat dilihat pada tabel Tabel Nilai percepatan RMS dari sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice Kecepatan (km/jam) Frekuensi (Hz) Percepatan RMS (m/s 2 ) Suspensi Konvensional Variable Orifice Grafik perbandingan nilai percepatan RMS dari respon penumpang kendaraan yang menggunakan sistem suspensi konvensional dan variable orifice dapat dilihat pada gambar 5.9. Pada grafik tersebut terlihat bahwa grafik berwarna merah adalah grafik percepatan RMS untuk sistem suspensi dengan variable orifice. Sedangkan grafik berwarna biru adalah grafik percepatan RMS untuk sistem suspensi konvensional.

103 RMS acceleration passanger (m/s2) 83 2,5 2 1,5 1 konvensional variable 0, Frekuensi (Hz) Gambar 5. 9 Perbandingan percepatan RMS dari respon penumpang kendaraan yang menggunakan sistem suspensi konvensional dan variable orifice Gambar Grafik ketahanan pengemudi berdasarkan ISO 2631

104 84 Berdasarkan grafik ketahanan pengemudi untuk sistem suspensi konvensional, untuk kecepatan 20 km/jam ketahanan pengemudi adalah 24 jam, pada kecepatan 30 km/jam ketahanan pengemudi 8 jam, pada kecepatan 40 km/jam ketahanan pengemudi adalah 2,5 jam, pada kecepatan 50 km/jam ketahanan pengemudi adalah 1 jam, dan pada kecepatan 60 km/jam hingga 80 km/jam ketahanan pengemudi adalah 0,42 jam. Sedangkan grafik ketahanan pengemudi untuk sistem suspensi variable orifice, untuk kecepatan 20 km/jam ketahanan pengemudi adalah 24 jam, pada kecepatan 30 km/jam ketahanan pengemudi 8 jam, pada kecepatan 40 km/jam ketahanan pengemudi adalah 4 jam, pada kecepatan 50 km/jam ketahanan pengemudi adalah 2,5 jam, dan pada kecepatan 60 km/jam hingga 80 km/jam ketahanan pengemudi adalah 1 jam. Pada sistem variable orifice menunjukkan trend line yang lebih rendah dibandingkan sistem suspensi konvensional. Hal ini menunjukkan bahwa pada kecepatan tinggi (60 km/jam hingga 80 km/jam), pengemudi yang menggunakan kendaraan dengan sistem suspensi variable orifice akan memiliki ketahanan yang lebih baik. Hal ini berhubungan dengan gaya redam yang dihasilkan kedua sistem, dimana gaya redam yang dihasilkan sistem suspensi dengan menggunakan variable orifice memiliki gaya redam yang lebih besar dibandingkan sistem suspensi konvensional. Dari gambar 5.10 dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi kecepatan maka respon ketahanan pengemudi semakin turun. Nilai respon ketahanan pengemudi dapat dilihat pada tabel 5.11.

105 85 Tabel Perbandingan nilai ketahanan pengemudi saat berkendara dengan kendaraan yang menggunakan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice Ketahanan Berkendara (jam) Sistem Suspensi Kovensional jam 24 jam 30 8 jam 8 jam jam 4 jam 50 1 jam 2.5 jam jam 1 jam jam 1 jam jam 1 jam Kecepatan (km/jam) Sistem Suspensi Variable Orifice 5.6 Perbandingan Displacement Transmisibility pada Sistem Setengah Kendaraan Sepeda Motor Menggunakan Sistem Suspensi Konvensional dan Sistem Suspensi dengan Variable Orifice Tabel 5.12 merupakan data perpindahan RMS penumpang hasil simulasi pada sistem setengah kendaraan sepeda motor dengan penggunaan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice. Keduanya disimulasikan pada variasi kecepatan kendaraan 20 km/jam hingga 80 km/jam dengan kenaikan setiap 10 km/jam dan dengan mengasumsikan λ (panjang jalan) sebesar 10 m.

106 Xp rms/xr rms (m) 86 Tabel Nilai perpindahan RMS penumpang dari sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice Xp RMS /Xr RMS (m) Kecepatan Frekuensi (Hz) (km/jam) Sistem Suspensi Sistem Suspensi Kovensional Variable Orifice Dari tabel 5.12 didapatkan grafik seperti pada gambar Gambar tersebut merupakan grafik xp RMS /xr RMS penumpang terhadap variasi frekuensi dari kecepatan kendaraan, dimana xp RMS menunjukkan respon perpindahan RMS penumpang dan xr RMS menunjukkan respon perpindahan RMS roda. 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Frekuensi (Hz) konvensional variable Gambar Grafik perbandingan displacement transmibility antara penggunaan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice

107 87 Dari grafik displacement transmibility tersebut dapat diketahui bahwa sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice memiliki trendline grafik yang sama. Kedua grafik mengalami peningkatan dari kecepatan rendah ke kecepatan tinggi, sampai pada kecepatan tertentu nilai RMS perpindahan akan berada di titik puncak dan kemudian kembali mengalami penurunan seiring dengan pertambahan kecepatan. Pada sistem suspensi konvensional, besarnya xp RMS /xr RMS naik dari kecepatan 10 km/jam hingga 50 km/jam kemudian turun seiring dengan pertambahan kecepatan. Sedangkan untuk sistem suspensi dengan variable orifice, besarnya xr RMS /xr RMS naik dari kecepatan 10 km/jam hingga 20 km/jam kemudian turun seiring pertambahan kecepatan. Nilai xp RMS /xr RMS pada sistem suspensi variable orifice lebih rendah dikarenakan gaya redam yang dihasilkan lebih besar dibandingkan sistem suspensi konvensional. Dari grafik pada gambar 5.11 dapat disimpulkan bahwa pada kecepatan 10 km/jam hingga 20 km/jam, kendaraan dengan sistem suspensi konvensional memiliki karakteristik yang sama dengan kendaraan dengan sistem suspensi menggunakan variable orifice. Sedangkan untuk kecepatan 30 km/jam hingga 80 km/jam kendaraan dengan sistem suspensi variable orifice lebih baik dibandingkan sistem suspensi konvensional.

108 88 Halaman ini sengaja dikosongkan

109 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan 1. Berdasarkan simulasi yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa gaya redam yang dihasilkan sistem suspensi dengan variable orifice lebih tinggi nilainya daripada gaya redam yang dihasilkan oleh sistem suspensi konvensional, dengan perbedaan sebesar 121,31 N saat proses ekspansi dan 279,15 saat proses kompresi. 2. Respon dinamis yang dialami oleh penumpang baik respon displacement, velocity dan accceleration untuk sistem suspensi dengan variable orifice memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan sistem suspensi konvensional pada variasi frekuensi 0,5 Hz, 1 Hz, 1,5 Hz dan 2 Hz. 3. Berdasarkan grafik kenyamanan ISO 2631 ketahanan penumpang pada kendaraan dengan sistem suspensi konvensional sama dengan sistem suspensi dengan variable orifice untuk kecepatan 20 km/jam sampai 30 km/jam. Untuk kecepatan 40 km/jam sampai 80 km/jam ketahanan penumpang pada kendaraan yang menggunakan sistem suspensi dengan variable orifice lebih baik dibandingkan kendaraan dengan sistem suspensi konvensional. 4. Dengan menggunakan input bump, waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi steady state yang dialami oleh penumpang pada kendaraan dengan sistem suspensi konvensional dan sistem suspensi dengan variable orifice adalah sama baik input low impact maupun input high impact. Namun displacement maksimal pada kedua sistem lebih besar saat terjadi low impact dibandingkan high impact. Sedangkan nilai 89

110 90 velocity dan acceleration kedua sistem cenderung lebih rendah saat terjadi low impact dibandingkan high impact. 6.2 Saran 1. Untuk penelitian selanjutnya disarankan melakukan pengujian baik untuk mengunpulkan data parameter, maupun untuk menguji rancangan sistem shock absorber yang baru agar didapatkan hasil yang lebih akurat.

111 91 DAFTAR PUSTAKA [1] Sutantra, Nyoman I Teknologi Otomotif Teori dan Aplikasinya. Surabaya: Penerbit Guna Widya. [2] Rao, Singiresu S Mechanical Vibrations Fifth Edition. Miami: Pearson Education, Inc. [3] Fox dan McDonald s Introduction to Fluid Mechanics Eighth Edition. Amerika: John Wiley & Sons, Inc [4] I.V. Ryabov, V.V. Novikov, A.V. Pozdeev Efficiency of Shock Absorber in Vehicle. Russia : Volgograd State Technical University. [5] Rahmawati, Istina dan Laksana Guntur, Harus Pemodelan dan Analisis Pengaruh Perubahan Parameter Sistem Suspensi Hydro Pneumatic Terhadap Gaya Redam dan Gaya Pegas serta Respon Dinamis Mobil. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya [6] Ayu Rachmawati, Tri dan Laksana Guntur, Harus Pemodelan Respon Dinamis Sistem HMERSA (Hydro- Magneto Electro Regenerative Shock Absorber) Pada Sistem Suspensi Truk dengan Posisi Tegak dan Bersudut. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya [7] Avinash B, Shyam Sundar S, dan K V Gangadharan Experimental Study of Damping Characteristic of Air, Silicon Oil, Magneto Reologichal Fluid on Twin Tube Damper. India : National Institute of Technology Karnataka Suratkal [8] ISO : Guide for The Evaluation of Human Exposure to Whole-Body Vibration International Standart International Organization for Standarization.

112 BIODATA PENULIS Betari Saraswati dilahirkan di Nganjuk, 14 Agustus 1993 putri bungsu dari pasangan alm. Juni Eman Subiyantoro dan Sri Sudewi. Riwayat pendidikan penulis diawali di TK Aisyiyah Bustanul Athfal 2 Nganjuk pada tahun Penulis kemudian melanjutkan pendidikan di SDN Ganungkidul 1 Nganjuk pada tahun , kemudian melanjutkan di SMPN 1 Nganjuk pada tahun , kemudian melanjutkan di SMAN 2 Nganjuk pada tahun Selanjutnya penulis melanjutkan jenjang S-1 Jurusan Teknik Mesin di Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya melalui jalur SNMPTN Undangan. Penulis aktif dalam kegiatan akademik maupun organisasi selama perkuliahan. Penulis juga pernah menjadi asisten Laboratorium Otomotif dan Laboratorium Vibrasi dan Sistem Dinamis. Dalam organisasi kemahasiswaan, penulis aktif menjadi Kabiro Pendataan Divisi Hubungan Luar di Lembaga Bengkel Mahasiswa Mesin (LBMM) pada tahun Motto hidup penulis yaitu lakukan apa yang kamu inginkan, atau tidak sama sekali menjadikan penulis selalu yakin dalam mengambil setiap keputusan. Untuk semua informasi dan masukan terkait tugas akhir ini dapat menghubungi penulis melalui beesaraswati@gmailcom.