Oleh : Michael.P.O.F Manalu NRP : 2108 100 037 Dosen Pembimbing : Dr Unggul Wasiwitono, ST, M.Eng
SAFETY COMFORT SAFETY
PLANAR GERAK BELOK ACKERMAN ANALISA KINEMATIK PADA SISTEM KEMUDI FAKTA SPATIAL
Analisa yang dilakukan adalah analisa posisi khususnya perubahan sudut roda terhadap perpindahan Rack Sudut belok yang diamati sampai 30 0 Analisa dilakukan dengan menambahkan sudut chamber negatif (10 derajat)
MENGANALISA KINEMATIKA SPATIAL SISTEM RACK AND PINION MEMBANDINGKAN HASIL ANALISA SPATIAL DENGAN PENELITI SEBELUMNYA YANG MENGGUNAKAN ANALISA KINEMATIK PLANAR MENGANALISA PENGARUH PENEMPATAN RACK, DAN SUDUT STEERING ARM TERHADAP STEERING ERROR
Dasar pemikiran dari penelitian ini dapat dijadikan pertimbangan dan refrensi dalam pembuatan sistem kemudi Dapat digunakan dalam pengembangan ilmu pengetahuan yang selanjutnya. Sebagai acuan dalam mere-design mobil GEA
Steering Wheel Tenaga putar dari tangan pengemudi pertama kali disalurkan ke steering wheel Steering Gear Memperbesar momen putar yang diterima agar roda depan agar digerakkan dengan mudah Steering Colomn Berfungsi sebagai penerus momen yang dihasilkan dari steering wheel Steering linkage Sebagai penerus untuk menggerakan roda depan
Rack And pinion RECIRCULATING BALL Perinsip kerja adalah bila roda kemudi diputar, maka gerakan ini Perinsip kerja akan adalah diteruskan waktu roda ke worm kemudi diputar, shaft/poros pinion cacing, pun sehingga ikut nut berputar. kemudi Gerakan akan bergerak ini akan mendatar menggerakkan ke kiri rack atau dari kanan. samping Sementara ke nut samping dan bergerak, dilanjutkan sektor melalui shaft juga tie akan rod ke lengan ikut nakel berputar ( steering menggerakkan arm) pada roda-roda pitman depan. arm yang Dari putaran diteruskan ke kemudi inilah roda salah depan satu roda melalui depan batangbatang yang kemudi/steering satu roda tertarik linkage didorong dan sehingga akan membuat arah belok yang sesuai dengan pengemudi pada putaran roda yang sama
Felzien and Cronim, 1982 Pengaruh steering error yang terjadi pada kendaraan yang dilakukan oleh Felzien and Cronim tidak hanyak melibatkan rack and pinion, steering arm maupun tie rod. Penelitian yang dilakukan dengan melihat adanya pengaruh suspensi depan Mac Pherson terhadap steering error pada gerak belok kendaraan. Pengaruh suspensi itu sendiri sangat berhubungan dengan kondisi jalan yang dilewati kendaraan. Pembuktian yang dilakukan Felzien and Cronim pada saat kendaraan melewati suatu jalan yang tidak rata dimana salah satu ban depan terangkat. Adanya ketidakseimbangan antara roda kiri dan kanan tersebut akan membentuk sudut tertentu yang akan membuat kondisi ackerman sulit untuk di dekati. Perbedaan sudut yang terbentuk inilah yang menyebabkan kondisi steering error dapat terjadi. Optimasi masalah ini dilakukan Felzien and Cronim dengan cara analisa kinematik planar dan memodifikasi geometri suspensi terhadap constrain yang ada sehingga kondisi ideal dapat di dekati.
A Rahmani Hanzaki,dkk 2007 Dalam paper penelitian ini A Rahmani Hanzaki menjelaskan tentang kombinasi kinematik dengan optimasi sensitivitas pada pergerakan rack and pinion. Penelitian yang dilakukan teteap sama yaitu untuk meminimalisasi steering error pada kendaraan. Hal pertama yang dilakukan tentu tidak jauh berbeda dengan yang dilakukan peneliti sebelumnya yaitu dengan melakukan analisa kinematik planar pada sistem kemudi tersebut. A Rahmani Hanzaki itu sendiri menambahkan setelah melakukan analisa kinematik maka perlu dilakukan analisa sensitifitas untuk memprediksi bagaimana steering error dapat terjadi oleh manufacturing toleransi, assembly error dan clearence resulting yang disebabkan karena pemakaian. Pada saat analisa kinematik yang dilakukan mempunyai pengaruh terhadap sensitifitas dari parameter tersebut maka untuk meminimalkan steering error kedua cara tersebut harus bisa dipadukan.
M.Ashadi Fitrawan, 2012 analisa kinematis terhadap steering linkage dengan variasi posisi rack and pinion pada bidang horizontal dengan mengubah panjang tie rod tanpa variasi steering arm dan pergerakan rack and pinion untuk mendapatkan steering geometry yang dapat meminimalkan error dengan acuan kondisi gerak Ackerman. Dalam hal ini juga dianalisa stabilitas kendaraan dengan variable kecepatan, sudut belok terhadap beban muatan dan posisi muatan. Analisis dilakukan dengan melakukan perumusan pada sudut slip dan understeer index, sehingga dapat diketahui kondisi kendaraan tersebut akan mengalami understeer atau oversteer
U.Wasiwitono dkk,2012,analisa kinematis terhadap sistem kemudi tipe rack and pinion dengan meminimalkan steering error dengan variasi terhadap steering arm dan rack placement. Bagaimana pengaruh variasi panjangnya rack displacement untuk mendapatkan sudut belok dengan steering error yang paling minimum pada saat kendaraan melakukan manuver. Acuan dari sudut belok ideal pada penelitian adalah prinsip gerak belok ideal ackerman
Understeer sudut KONDISI slip rata-rata IDEAL roda depan lebih besar dari pada sudut slip rata-rata roda belakang (α r < α f ) KONDISI NYATA Oversteer Sudut slip rata-rata roda belakang lebih besar dibandingkan dengan sudut slip rata-rata roda depan (α f < α r )
PENEMPATAN RACK AND PINION PANJANG TIE ROD SUDUT STEERING ARM
Dimensi untuk sistem kemudi
AKTUAL Asumsi kendaraan berbelok ke kanan Maka δi=δr dan δ0=δl
Merupakan nilai Steering error yang dirumuskan 4.5 0 dengan rumus : Jika di plot dalam grafik dengan asumsi kendaraan tetap berbelok ke kanan maka
Posisi semula 41 0,4 77,08145 32,0986 145,8261 36,6461 0,7439 1,3442 1,8423 0,5428 28,4926 3,6060 time δo δi tan δi cot δi cot δi+wb 1/cot δi+wb δoa SE 1 0 109,18 0 109,18 0 2 0,01 109,1624 0,0176 109,1943 0,0143 0,0002 4006,6978 4007,1959 0,0002 0,0143 0 3 0,02 109,11 0,0700 109,2467 0,0667 0,0012 859,0068 859,5049 0,0012 0,0667 0,0033 4 0,03 109,0225 0,1575 109,3342 0,1542 0,0027 371,5671 372,0652 0,0027 0,1540 0,0035 5 0,04 108,8999 0,2801 109,457 0,277 0,0048 206,8424 207,3405 0,0048 0,2763 0,0038 6 0,05 108,7421 0,4379 109,6152 0,4352 0,0076 131,6514 132,1495 0,0076 0,4336 0,0043 7 0,06 108,549 0,6310 109,8091 0,6291 0,0110 91,0721 91,5702 0,0109 0,6257 0,0053 8 0,07 108,3204 0,8596 110,039 0,859 0,0150 66,6956 67,1937 0,0149 0,8526 0,0070 9 0,08 108,0562 1,1238 110,3053 1,1253 0,0196 50,9095 51,4076 0,0195 1,1144 0,0094 10 0,09 107,756 1,4240 110,6084 1,4284 0,0249 40,1035 40,6016 0,0246 1,4109 0,0131 11 0,1 107,4197 1,7603 110,9489 1,7689 0,0309 32,3803 32,8784 0,0304 1,7421 0,0182 12 0,11 107,0469 2,1331 111,3274 2,1474 0,0375 26,6690 27,1671 0,0368 2,1081 0,0250 13 0,12 106,6374 2,5426 111,7444 2,5644 0,0448 22,3278 22,8259 0,0438 2,5085 0,0341 14 0,13 106,1908 2,9892 112,2008 3,0208 0,0528 18,9495 19,4476 0,0514 2,9436 0,0456 15 0,14 105,7067 3,4733 112,6973 3,5173 0,0615 16,2692 16,7673 0,0596 3,4131 0,0602 16 0,15 105,1847 3,9953 113,2349 4,0549 0,0709 14,1064 14,6045 0,0685 3,9170 0,0783 17 0,16 104,6242 4,5558 113,8146 4,6346 0,0811 12,3356 12,8337 0,0779 4,4555 0,1003 18 0,17 104,0248 5,1552 114,4374 5,2574 0,0920 10,8675 11,3656 0,0880 5,0282 0,1270 19 0,18 103,386 5,7940 115,1045 5,9245 0,1038 9,6365 10,1346 0,0987 5,6352 0,1588 20 0,19 102,707 6,4730 115,8173 6,6373 0,1164 8,5937 9,0918 0,1100 6,2767 0,1963 21 0,2 101,9872 7,1928 116,5772 7,3972 0,1298 7,7025 8,2006 0,1219 6,9524 0,2404 22 0,21 101,2259 7,9541 117,3857 8,2057 0,1442 6,9346 7,4327 0,1345 7,6626 0,2915 23 0,22 100,4222 8,7578 118,2446 9,0646 0,1595 6,2680 6,7661 0,1478 8,4072 0,3506 24 0,23 99,57529 9,6047 119,1558 9,9758 0,1759 5,6853 6,1834 0,1617 9,1865 0,4182 25 0,24 98,6842 10,4958 120,1212 10,9412 0,1933 5,1729 5,6710 0,1763 10,0005 0,4953 26 0,25 97,74787 11,4321 121,1433 11,9633 0,2119 4,7195 5,2176 0,1917 10,8497 0,5824 27 0,26 96,76514 12,4149 122,2244 13,0444 0,2317 4,3162 4,8143 0,2077 11,7343 0,6806 28 0,27 95,73473 13,4453 123,3673 14,1873 0,2528 3,9556 4,4537 0,2245 12,6547 0,7905 29 0,28 94,65525 14,5248 124,575 15,395 0,2754 3,6317 4,1298 0,2421 13,6117 0,9131 30 0,29 93,52516 15,6548 125,8508 16,6708 0,2995 3,3394 3,8375 0,2606 14,6058 1,0490 31 0,3 92,34274 16,8373 127,1984 18,0184 0,3253 3,0743 3,5724 0,2799 15,6381 1,1992 32 0,31 91,1061 18,0739 128,6218 19,4418 0,3530 2,8331 3,3312 0,3002 16,7096 1,3643 33 0,32 89,81312 19,3669 130,1257 20,9457 0,3828 2,6125 3,1106 0,3215 17,8217 1,5452 34 0,33 88,46143 20,7186 131,7151 22,5351 0,4149 2,4100 2,9081 0,3439 18,9762 1,7424 35 0,34 87,04839 22,1316 133,3957 24,2157 0,4497 2,2235 2,7216 0,3674 20,1751 1,9565 36 0,35 85,571 23,6090 135,1739 25,9939 0,4876 2,0509 2,5490 0,3923 21,4209 2,1881 37 0,36 84,02586 25,1541 137,0571 27,8771 0,5290 1,8905 2,3886 0,4187 22,7169 2,4372 38 0,37 82,40912 26,7709 139,0536 29,8736 0,5744 1,7409 2,2390 0,4466 24,0668 2,7041 39 0,38 80,71633 28,4637 141,1729 31,9929 0,6247 1,6008 2,0989 0,4764 25,4753 2,9884 40 0,39 78,94242 30,2376 143,4261 34,2461 0,6808 1,4689 1,9670 0,5084 26,9481 3,2895
Actual VS Ackerman 35 30 25 δl 20 15 10 aktual ackerman 5 4.5 0 0 10 20 30 40 δr Steering Error Error lebih kecil Steering Error 3 1.5 2.7041 0 Steering Error 0 0 10 20 30 40 δr
Dengan menaikkan dan menurunkan sejauh 1-5 cm, maka didapatkan besarnya stering error
Steering error (SE) - degree 7 6 5 4 3 2 1 0 SE dengan perpindahan rack (sumbu "y") 0 5 10 15 20 25 30 35 δ r (degree) (+) 1 cm (+) 2 cm (+) 3 cm (+) 4 cm (+) 5 cm (-) 1 cm (-) 2 cm (-) 3 cm (-) 4 cm (-) 5 cm posisi awal Menghasilkan steering error terkecil yaitu pada posisi rack diturunkan (-y) sejauh 5 cm yaitu 0.7974 0 Menyebabkan perubahan pada dimensi tie rod menjadi 36.456 cm
Steering error (SE) - degree 4 3 2 1 0 SE dengan penempatan rack (sumbu "Z") 0 10 20 30 40 δ r (degree) (+) 1 cm (+) 2 cm (+) 3 cm (+) 4 cm (+) 5 cm (-) 1 cm (-) 2 cm (-) 3 cm (-) 4 cm (-) 5 cm posisi awal Perlakuan sama dengan menggeser rack terhadap sumbu z sejauh 1-5 cm dan menghasilkan perbedaan steering error yang sangat kecil dari posisi semula yaitu sebesar 2.9238 0 perubahan dimensi dari tie rod menjadi 36,748 cm.
Untuk variasi terhadap sudut steering arm ini diambil posisi rack yang memberikan nilai error minimum sebelumnya, yaitu diturunkan (-y) 5 cm dan dimajukan (z) 5 cm. Untuk sudut steering arm itu sendiri sebesar 1-5 derajat
Steerirng Error (SE) 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 SE variasi sudut θ l 0 5 10 15 20 25 30 35 δ r (degree) (+) 1 cm (+) 2 cm (+) 3 cm (+) 4 cm (+) 5 cm (-) 1 cm (-) 2 cm (-) 3 cm (-) 4 cm (-) 5 cm Posisi awal Terlihat pada gambar nilai yang memiliki nilai steering error terkecil ketika steering arm dibesarkan sebesar 5 derajat menjadi 114.18 0 dan mempunyai nilai 0,1468 0. Untuk perubahan panjang tie rod menjadi 37.74 cm
Steerirng Error (SE) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Steering Error 0 10 20 30 δ r (degree) Posisi semula (+) 1 cm (+) 2 cm (+) 3 cm posisi rack minimum Dari gambar terlihat tren grafik untuk caster berhimpit dengan sudut chamber 10 0. hal ini dapat dikatakan pengaruh caster terhadap chamber sangat kecil Tetapi jika dibandingkan dengan posisi rack yang memberikan steering error minimum, pengaruh chamber dan caster ini sangat besar dengan steering error.
Dari analisis yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: Pada analisa kinematis spatial pada sistem kemudi ini, jarak rack ke sumbu axis roda (h), panjang tie rod (la) sudut steering arm (θ) sudut chamber dan posisi ban merupakan faktor yang berpengaruh terhadap steering error (SE). Penembatan rack lebih dekat dengan sumbu axis roda menambah panjang tie rod dan memperbesar sudut steering arm dapat meminimalkan steering eror. Dari hasil variasi h terhadap sudut axis roda didapatkan nilai steering error minimum sebesar 0.7900 0 dengan menghasilkan spesifikasi baru sebesar Tie rod (lt) = 36.7482 cm, Jarak rack ke sumbu axis roda (h) = 97 cm,maksimum sudut belok rata rata roda depan (sudut inner) = 30.7058 0 Dari hasil variasi h yang memberikan nilai Steering error minimum yang divariasikan lagi terhadap steering arm didapatkan posisi steering arm dinaikkan sejauh 5 cm dan mendapatkan panjang tie rod 36.55 cm Pengaruh variasi posisi ban (Caster) dengan chamber 10 0 memberikan pengaruh yang kecil terhadap steering error, akan tetapi pengaruh tersebut akan besar jika dibandingkan dengan posisi rack yang memebrikan nilai error minimum.
1. Sutantra, I. Nyoman, Teknologi Otomotif, Teknik Mesin ITS, Surabaya, 1999. 2. M.L Felzien and D.L. Cronin Steering Error Optimization of the MacPherson Strut Automotive Front Suspension, Mech. Mach. Theory 1985 3. P.A. Simionescu, M.R. Smith, Initial Estimates In The Design of Rack and Pinion Steeering Linkage, ASME J Mech, 2000 4. A.Rahmani Hanzaki, P.V.M. Rao, S.K. Saha, Kinematic and Sensitivity Analysis and Optimization of Planar Rack adn Pinion Steering Linkages. Mechanism and Machine Theory, 44:42-56, 2009 5. A.Rahmani Hanzaki, P.V.M. Rao, S.K. Saha, Modeling of Rack And Pinion Steering Linkage using Multibody Dynamic. In 12th IFToMM World Congress, Besancon(France), June 18-21 2007 6. M.Ashadi Fitrawan, Analisa Steering Linkage pada INKA GEA dan stabilitas dengan variable kecepatan, sudut belok terhadap beban muatan dan posisi muatan. Tugas Akhir Teknik Mesin ITS 7. Harmes Bastian Tampubolon, Analisa Planar Kinematika Mekanisme Sistem Kemudi Kendaraan Tipe Rack and Pinion. Tugas Akhir Teknik Mesin ITS