1
ANALISA SISTEM SUSPENSI KENDARAAN MULTIGUNA PEDESAAN (GEA) Amirul Huda dan Unggul Wasiwitono,ST.,M.Eng.Sc,Dr.Eng
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected]
Abstrak- Kenyamanan dalam berkendara sudah menjadi tuntutan bagi para pengendaranya. Sejalan dengan tuntutan kenyamanan yang semakin tinggi maka penelitian akan kenyamanan kendaraan dewasa ini banyak dilakukan. Kondisi ideal yang ingin diperoleh dalam kenyamanan adalah kemampuan pengendara untuk menahan getaran selama mungkin. Tetapi kondisi ini hampir tidaklah mungkin dicapai, sehingga pendekatan yang ditempuh adalah meminimumkan efek gangguan yang berupa ketidakrataan jalan dengan memasang sistem suspensi diantara roda dan badan kendaraan. Pada analisa suspensi kendaraan multiguna pedesaan (GEA) ini akan di bandingkan dengan hasil analisa suspensi kendaraan yang sudah ada di pasaran yakni Daihatsu Grand Max . Pemodelan persamaan sistem suspensi menggunakan seperempat dan setengah kendaraan yang nantinya akan dirubah kedalam bentuk matrix dan dapat diperoleh output sesuai dengan yang diinginkan menggunakan metode state space. Untuk input Profil jalan adalah jenis sinusoidal dengan ketinggian/amplitudo sebesar 5 cm dan πΌ sebesar 20 cm. Dari penelitian ini didapatkan grafik percepatan terhadap standard kenyamanan ISO 2631, dimana pada grafik ini dapat dilihat bahwa pada tingkat kenyaman model seperempat maupun setengah kendaraan kekakuan pegas mobil Grand Max dapat menyebabkan kelelahan pada pengendara setelah terkena getaran selama 4 - 8 jam pada frekuensi 5 - 10 Hz. Untuk defleksi suspensi mobil Grand Max memiliki rata-rata defleksi lebih besar jika dibanding mobil GEA, baik pada model seperempat maupun setengah kendaraan. Untuk tingkat keamanan mobil Grand Max memiliki defleksitas ban paling kecil, sehingga kemampuan handling kemudi lebih bagus. Kata Kunci : Sistem 2631,maximum stroke
suspensi,
Kriteria
kenyamanan
ISO
I. PENDAHULUAN enyamanan dalam berkendara sudah menjadi tuntutan bagi para pengendaranya. Sejalan dengan tuntutan kenyamanan yang semakin tinggi maka penelitian akan kenyamanan kendaraan dewasa ini banyak dilakukan. Kondisi ideal yang ingin diperoleh dalam kenyamanan adalah kemampuan pengendara untuk menahan getaran selama mungkin. Tetapi kondisi ini hampir tidaklah mungkin dicapai, sehingga pendekatan yang ditempuh adalah meminimumkan efek gangguan yang berupa ketidakrataan jalan dengan memasang sistem suspensi diantara roda dan badan kendaraan.
K
Tujuannya adalah mempelajari pengaruh efek getaran yang akan terjadi pada kenyaman dan keamanan pengendara. Untuk mencapai tujuan ini, kita harus memiliki pemahaman dasar mengenai respon manusia terhadap getaran, perilaku getaran dari kendaraan dan karakteristik permukaan jalan. Simulasi kendaraan yang dilakukan di laboratorium seperti penggunaan shake table test, ride simulator experiment dan ride measurements in vehichle umumnya akan memerlukan biaya yang sangat mahal. Tetapi dengan semakin berkembangnya komputer, maka hal diatas dapat dilakukan dengan simulasi pengujian secara teoritis dengan menggunakan suatu program bantu (software) yang berbasis metode matematis Maka tidak heran jika metode teoritis dengan metode matematis digunakan sebagai proses awal design dan redesign dalam pengembangan ride serta struktur body automotive dikalangan produsen automotive. II. METODOLOGI PENELITIAN Pada analisa suspensi kendaraan multiguna pedesaan (GEA) ini akan di bandingkan dengan hasil analisa suspensi kendaraan yang sudah ada di pasaran yakni Daihatsu Grand Max . Pemodelan persamaan sistem suspensi menggunakan seperempat dan setengah kendaraan yang nantinya akan dirubah kedalam bentuk matrix dan dapat diperoleh output sesuai dengan yang diinginkan menggunakan metode state space. Untuk input Profil jalan adalah jenis sinusoidal dengan ketinggian/amplitudo sebesar 5 cm dan πΌ sebesar 20 cm. III. ANALISA DAN SIMULASI A. Parameter Profil Jalan yang ditentukan Dengan menggunakan model matematika dari gundukan sebagai input gaya eksitasi landasan dinyatakan dalam koordinat panjang horizontal jalan βiβ,sehingga persamaan profil jalannya adalah : π₯(π‘) = π₯0 sin π π‘ ................................................................ [1]
Dengan keterangan π₯0 : Amplitudo Eksitasi π : Frekuensi Eksitasi π‘ : Waktu
2 ππ’ αΊπ’ = ππ π₯π β ππ π₯π’ + ππ αΊπ β ππ αΊπ’ β ππ’ π₯π’ + ππ’ π¦ β ππ’ αΊπ’ + ππ’ αΊ
Dari persamaan diatas dapat diilustrasikan seperti gambar αΊπ’ = ππ π₯π β ππ π₯π’ + ππ αΊπ β ππ αΊπ’ β ππ’ π₯π’ + ππ’ π¦ β ππ’ αΊπ’ + ππ’ αΊ ππ’ ππ’ ππ’ ππ’ ππ’ ππ’ ππ’ ππ’ dibawah ini : dengan menggunakan variable keadaan π₯1 π₯2 π₯3 π₯4
= π₯π β π₯π’ = αΊπ = π₯π’ β π¦ = αΊπ’
(Defleksi Suspensi) (Kecepatan Sprung Mass) (Defleksi Ban) (Kecepatan Unsprung Mass)
metode state space dengan state matrix dan input matrix sebagai berikut :
Gambar.1 Profil ketidak rataan jalan quarter car
αΊ = π΄π₯ + π΅π¦Μ
0 βππ οΏ½ αΊ = ππ οΏ½ 0 ππ ππ’
1 βππ ππ 0 ππ ππ’
0
0
0 βππ’ ππ’
β1 ππ οΏ½ ππ π₯+ 1 οΏ½ β(ππ + ππ’) ππ’
0
οΏ½ 0 οΏ½ οΏ½ β1 οΏ½ ππ’ ππ’
π¦Μ
Untuk pemodelan setengah kendaraan adalah sebagai berikut: Gambar 2. Profil ketidak rataan jalan Half Car
Dengan parameter profil ketidakrataan jalan sebagai berikut: Am : 0.05 m Ξ» : 0.2 m B. Penurunan Persamaan Gerak
Gambar 4. Half Car Model dan Free body diagram[2]
Gambar 3. Quarter Car Model dan Free body diagram[2] ππΉπ¦ = 0 ππ αΊπ = βππ (π₯π β π₯π’ ) β ππ (αΊπ β αΊπ’ ) ππ αΊπ = βππ π₯π + ππ π₯π’ β ππ αΊπ + ππ αΊπ’ βππ ππ ππ ππ π₯ + π₯ β αΊ + αΊ αΊπ = ππ π ππ π’ ππ π ππ π’
ππΉπ¦ = 0 ππ’ αΊπ’ = ππ (π₯π β π₯π’ ) + ππ (αΊπ β αΊπ’ ) β ππ’ (π₯π’ β π¦) β ππ’ (αΊπ’ β αΊ)
ππΉπ¦ = 0 ππ’π αΊπ’π + ππ π οΏ½αΊπ π β αΊπ’π οΏ½ β ππ π οΏ½π₯π π β π₯π’π οΏ½ + ππ’π οΏ½ππ β π₯π’π οΏ½ = 0 ππ’π αΊπ’π + ππ’π οΏ½ππ β π₯π’π οΏ½ + ππ π οΏ½π₯π π β π₯ + πππ οΏ½ + ππ π οΏ½π₯Μ π π β π₯Μ + πΜππ οΏ½ = 0 ππ’π αΊπ’π + ππ π αΊπ’π β ππ π π₯ β ππ π αΊ + ππ π πππ + ππ π πΜππ + οΏ½ππ π + ππ’π οΏ½π₯π’π = ππ π ππ
ππΉπ¦ = 0 ππ’π αΊπ’π β ππ π (αΊπ π β αΊπ π ) β ππ π (π₯π π β π₯π’π ) + ππ’π (ππ β π₯π’π ) = 0 ππ’π αΊπ’π + ππ’π (ππ β π₯π’π ) + ππ π οΏ½αΊπ π β αΊ + πΜππ οΏ½ + ππ π (π₯π π β π₯ + πππ ) = 0 ππ’π αΊπ’π + ππ π αΊπ’π β ππ π π₯ β ππ π αΊ + ππ π πππ + ππ π πΜππ + (ππ π + ππ’π )π₯π’π = ππ’π ππ
3 ππΉπ¦ = 0 ππ αΊ + ππ π οΏ½αΊπ π β αΊπ’π οΏ½ + ππ π οΏ½π₯π π β π₯π’π οΏ½ + ππ π (αΊπ’π β αΊπ π ) +ππ π (π₯π’π β π₯π π ) = 0 ππ αΊ + ππ π οΏ½αΊ + πΜππ β αΊπ’π οΏ½ + ππ π οΏ½π₯ + πππ β π₯π’π οΏ½ + ππ π οΏ½αΊ β πΜππ π₯Μ π’π οΏ½ +ππ π (π₯ β πππ β π₯π’π ) = 0 ππ αΊ + οΏ½ππ π + ππ π οΏ½αΊ + οΏ½ππ π ππ β ππ π πποΏ½πΜ β ππ π αΊπ’π β ππ π αΊπ’π + οΏ½ππ π β ππ π οΏ½π₯ + οΏ½ππ π ππ β ππ π πποΏ½π β ππ π π₯π’π β ππ π π₯π’π = 0
ππ = 0 πΌπ πΜ + ππ π ππ π οΏ½αΊ + πππ β αΊπ’π οΏ½ + ππ π ππ π οΏ½π₯ + πππ β π₯π’π οΏ½ β ππ π ππ (π₯ β πππ β π₯π’π ) β ππ π πποΏ½αΊ β πΜππ β αΊπ’π οΏ½ = 0 πΌπ πΜ + οΏ½ππ π ππ β ππ π πποΏ½αΊ + οΏ½ππ π ππ 2 + ππ π ππ 2 οΏ½πΜ β ππ π ππαΊπ’π + ππ π ππ αΊπ’π +οΏ½ππ π ππ β ππ π πποΏ½π₯ + οΏ½ππ π ππ 2 + ππ π ππ 2 οΏ½π β ππ π ππ π₯π’π +ππ π ππ π₯π’π = 0
C. Input persamaan dan profil jalan pada progam
(a)
dengan menggunakan variable keadaan
π₯1 π₯2 π₯3 π₯4 π₯5 π₯6 π₯7 π₯8
= αΊ = πΜ = αΊπ’π = αΊπ’π =π₯ =π = π₯π’π = π₯π’π
(Kec.sprung) (Kec. Sudut) (Kec.Roda depan) (Kec.Roda belakang) (Perpindahan sprung) (Sudut momen) (Perpindahan roda depan) (Perpindahan roda belakang)
(b)
metode state space dengan state matrix dan input matrix sebagai berikut : αΊ = π΄π₯ + π΅π¦Μ
Gambar 5. Simulasi quarter car(a) dan simulasi Half car (b)
Pada gambar 5a untuk simulasi quarter car dapat dilihat dengan memasukkan input (Dist) berupa sinusoidal road, maka selanjutnya masuk kedalam metode state space, dan dihasilkan 3 ouput yang diinginkan yakni Sacc= percepatan kendaraan,Suspdef = suspension deflection Sedangkan untuk gambar 5b untuk simulasi Half car juga menggunakan input (in) berupa sinusoidal road, dan metode state space dengan 8 output yang dikeluarkan, sesuai dengan variable keadaan yang ditentukan sebelumnya. D. Kriteria kenyamann ISO 2631
0 οΏ½ 0 πΎπ’π ππ€π οΏ½ 0 π’= οΏ½ 0 οΏ½
0 0 β1
0 0 οΏ½ 0 οΏ½ πΎπ π π¦Μ ππ€π 0 οΏ½ 0 οΏ½ β1 0
Gambar 5. Standard kenyaman ISO 2631 arah vertikal [2]
4 E. Hasil Simulasi dan Pembahasan Dengan mensimulasikan kecepatan kendaraan konstan yakni 30 Km/jam maka didapat grafik quarter dan half carsebagai berikut : Quarter Car
(e)
(a)
Gambar 5. Percepatan kendaraan terhadap waktu(a),Percepatan RMS kendaraan terhadap standard ISO 2631(b),Suspensi defleksi kekakuan pegas kendaraan (c), Suspensi defleksi kekakuan peredam kendaraan (d ) , tire deflection (e)
Sedangkan untuk Half car
(b)
(a)
(b) (c)
(c) (d)
5 defleksi terbesar adalah mobil GEA, dan yang terkhir grafik (e) dari segi keamanan Grand Max memiliki defleksi ban ratarata lebih kecil, sehingga dapat dikatakan aman.
(d)
(e) Gambar 6. Percepatan kendaraan terhadap waktu(a),Percepatan RMS kendaraan terhadap standard ISO 2631(b),Suspensi defleksi kekakuan pegas kendaraan (c), Suspensi defleksi kekakuan peredam kendaraan (d ) , tire deflection (e)
D. Kesimpulan dan Saran Pada analisa kendaraan multiguna pedesaan (GEA) dapat disimpulkan untuk kedua model baik seperempat maupun setengah kendaraan memiliki hasil yang sama,bahwa kemampuan mobil GEA untuk meredam getaran memiliki peforma lebih bagus apabila dibandingkan dengan kendaraan yang sudah ada yakni Daihatsu Grandmax, hal ini dapat dilihat pada nilai percepatan yang relatif kecil dan memiliki waktu ketahanan tubuh pengendara paling lama, untuk segi keamanan menurut defeksi ban akibat variasi kedua kekakuan pegas kedua kendaraan, dapat dilihat mobil Grand Max memiliki kemampuan handling paling bagus hal ini dikarenakan defleksi ban yang relatif kecil saat terkena profil jalan yang tidak rata. Untuk defleksi maksimum variasi kekakuan pegas Grand Max memiliki defleksi rata-rata paling besar , sedangkan defleksi maksimum untuk variasi damper, GEA memiliki defleksi rata-rata yag lebih besar daripada Grand Max.
DAFTAR PUSTAKA Pembahasan grafik adalah sebagai berikut : Untuk gambar 5,Pada grafik (a) Daihatsu Grand Max memiliki kekauan pegas yang lebih besar dari pada GEA yakni 32968.79 dan nilai percepatan kendaraan yang terpusat pada pengendara lebih besar jika dibandingkan GEA,Lalu grafik (b) untuk kriteria kenyamanan berdasarkan ISO 2631 didapat bahwa rata-rata kemampuan pengendara menerima getaran paling lama adalah GEA dengan kekakuan pegas roda depan sebesar 27566 N/m sedangkan grafik (c) sedangkan untuk defleksi pegas, untuk kedua pegas masih berada jauh dari batas stroke maksimal yang diijinkan yakni 12 cm, tetapi rata-rata defleksi terbesar adalah Daihatsu Grand Max dan grafik (d) untuk defleksi pegas variasi damper, berkebalikan dengan grafik sebelumnya, semakin besar nilai damper maka semakin kecil nilai defleksi pegasnya.nilai defleksi pegas terbesar adalah GEA.dan yang terakhir Pada grafik (e) untuk faktor keamanan pada frekuensi awal mobil GEA memiliki nilai keamanan paling tinggi, sedangkan untuk frekuensi akhir mobil Gran Max lah yang memiliki keamanan paling tinggi. Pada Gambar 6,untuk grafik (a) percepatan kendaraan yang terpusat pada pengemudi untuk model Half car memiliki kesamaan dengan Quarter car,Grand Max memiliki percepatan lebih besar daripada GEA, sedangkan grafik (b) dari segi kenyamanan pada grafik ISO 2631 dapat dilihat kemampuan pengendara dapat menahan getaran paling lama adalah mobil GEA. Lalu pada grafik (c) untuk defleksi pegas variasi kekakuan pegas masing-masing kendaraan masih jauh dari batas maximum stroke, akan tetapi Grand Max memiliki nilai defleksi rata-rata terbesar. Dan grafik (d) berkebalikan dengan defleksi pegas variasi pegas, untuk variasi damper nilai
[1] Stone, Richard dan Ball, J.K. 2004. Automotive Engineering Fundamentals. Warrendale : SAE. [2] Sutantra, I.N. dan Sampurno, Bambang. 2010. Teknologi Otomotif Edisi Kedua. Surabaya : Guna Widya. [3] Darus,Rosheila. 2008. Modelling and Control of Active
Suspensions
for
a
Full
Car
Model.Malaysia.Universitas Teknologi Malaysia. [4] Rao,SS.2011.Mechanical Vibration Edition.Miami :pearson education.
Fifth
