Seminar Nasional Cendekiawan ke 3 Tahun 2017 ISSN (P) : Buku 3 ISSN (E) :

(1)

Seminar Nasional Cendekiawan ke 3 Tahun 2017 ISSN (P) : 2460 - 8696

Buku 3 ISSN (E) : 2540 - 7589

Pengembangan Analisa Suspensi Kendaraan Roda Empat menggunakan Pemodelan 3 DOF dengan SistemSeperempat Mobil

Andang Yulianto1), Ardhi Bebi Laksono2), Rio Renaldi3), Aef Hidayat4), Carolus Bintoro5) 1), 2), 3), 4) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Presiden

5) Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung andangy87@gmail.com

Abstrak

Untuk meningkatkan kenyamanan dan memudahkan dalam mengendalikan kendaraan maka diperlukan sebuah pengembangan sistem suspensi. Hal ini dapat disimulasikan dengan menggunakan metode pemodelan seperempat bagian dari sebuah kendaraan roda empat. Dengan menggunakan software MATLAB R2015a, kasus ini akan dianalisa menggunakan sistem pemodelan tiga derajat kebebasan dan parameter-parameter yang terdapat didalamnya. Dari hal tersebut dapat dianalisa dari pengaruh suspension redaman dankekakuannya pada performa dari kerja suspensi. Tujuan dari analisa pengaruh parameter-parameter tersebut, yaitu untuk mengetahui pengaruh

parameter terhadap performa suspensi pada sebuah kendaraan. Sehingga dapat

membantu meningkatkan perkembangan dari suatu suspensi.

Kata kunci: Suspensi kendaraan, Pemodelan 3 DOF,Sistem seperempat mobil Pendahuluan

Suspensi kendaraan ialah bagian mekanik yang menghubungkan antara bagian badan kendaraan dengan roda kendaraan. Untuk meningkatkan kenyamanan dan keamanan dalam berkendara diperlukan sistem suspensi yang baik. Suspensi mencakup sistem pegas dan sistem peredam yang menghubungkan kendaraan dengan rodanya Dengan kata lain suspensi adalah bagian mekanik yang memisahkan antara roda kendaraan dengan badan kendaraan. Fungsi utama suspensi kendaraan yaitu untuk mengurangi guncangan dan getaran akibat percepatan kendaraan maupun kontur jalan dalam menyediakan kenyamanan berkendaran.

Berdasarkan cara kerjanya suspensi dapat dikategorikan menjadi suspensi aktif dan suspensi pasif. Anggota suspensi tidak dapat memberikan energi masuk kedalam system suspensi. Pegas dan peredam dalam suspensi tidak menyediakan energi masuk kedalam sistem,dan hanya mengontrol pergerakan badan dan roda kendaraan dengan membatasi batas kecepatan suspensi berdasarkan dari perancang suspensi tersebut.

Suspensi pasif adalah suspense konvensional tanpa adanya pengontrol

sistempegas dan peredam. Untuk mengatasi pergerakan dinamik pada kendaraan (termasuk pitch dan roll) digunakan suspensi pasif yang masih menjadi andalan pada kendaraan komersial saat ini. Pasif yang artinya bagian Peforma dari suspensi pasif ialah variabel tergantung dari kontur permukaan jalan. Andronic Florin,

Manolache-Rusu-Loan-Cozmin, Patuleanu Liliana membandingkan model state space dengan fungsi

perpindahan pada suspensi pasif dengan pemodelan seperempat bagian mobil dengan software MATLAB, identik dengan menggunakan dua metode dan parameter yang sama

dalam sistem suspensi . Untuk suspensi semi aktif mempunyai bagian-bagian yang

sama, hanya saja peredam mempunyai dua atau lebih laju peredaman (damping rate) dari peredam tersebut. Suspensi semi aktif yang menggunakan dua tipe peredam biasanya disebut two state dampers dan yang mempunyai lebih dari dua disebut

continuous variable dampers. Kerugian dari system ini adalah susahnya mencari kondisi

yang memungkinkan dalam menciptakan gaya yang besar pada kecepatan rendah dan gaya yang kecil pada kecepatan tinggi, dan bisa bergerak cepat diantara keduanya.

(2)

Suspensi aktif memiliki komponen s

namun ditambah dengan aktuator hidrolik yang menciptakan gaya dalam sistem suspensi. Dalam kemampuan memberikan energi kedalam sistem secepat mungkin, suspensi aktif berbeda dengan suspensi pasif. Suspensi aktif dimode

hidrolik yang ditempatkan diantara pegas dan peredam secara paralel. Pergerakan lompatan roda dan pergerakan badan kendaraan keduanya dapat dikontrol dengan baik berkat adanya aktuator hidrolik yang menghubungkan massa pegas

kendaraan . Kenyamanan berkendara dan kestabilan berkendara dapat diperoleh berkat adanya suspensi aktif. Secara umum sistem suspensi pada kendaraan dimodelkan menjadi tiga bagian yaitu quarter car, half car dan full car

peforma sistem suspensi pasif dengan pemodelan

parameter yang berbeda. Pada paper ini mensimulasikan passive suspension system Seperti yang biasa digunakan.

Untuk memverifikasikan keakurasian model digunakan state spa yang digunakan pada passive suspension system

menganalisa pengaruh perubahan parameter. Terutama

Matematika model dari quarter suspension

Pada Gambar 1 dijelaskan tentang model sistem jok, mv-massa rangka, mt-massa

suspensi arah vertikal, kt- kekakuan ansuspensi, Zs- perpindahan

arah vertikal, Zt-perpindahanmassarodaarahvertikal hanya memperhatikan gerakan massa pada sumbu verti rotasi.

Gambar

Persamaangerakansistemsuspensipasif

݉௦ܼ̈௦+ܭ௦ሺܼ௦െ ܼ௩) + ܾ

ܼ̈௦ൌ െܭ௦(ܼ௦െ ܼ௩)Ȁܯ௦−

Persamaan pergerakan massa kendaraan

ܯ௩ܼ̈௩െ ܭ௦(ܼ௦െ ܼ௩) − ܾ

Suspensi aktif memiliki komponen sistem yang sama dengan suspensi pasif namun ditambah dengan aktuator hidrolik yang menciptakan gaya dalam sistem suspensi. Dalam kemampuan memberikan energi kedalam sistem secepat mungkin, suspensi aktif berbeda dengan suspensi pasif. Suspensi aktif dimodelkan dengan penambahan actuator hidrolik yang ditempatkan diantara pegas dan peredam secara paralel. Pergerakan lompatan roda dan pergerakan badan kendaraan keduanya dapat dikontrol dengan baik berkat adanya aktuator hidrolik yang menghubungkan massa pegas

kendaraan . Kenyamanan berkendara dan kestabilan berkendara dapat diperoleh berkat adanya suspensi aktif. Secara umum sistem suspensi pada kendaraan dimodelkan

quarter car, half car dan full car. Dalam studi ini akan

peforma sistem suspensi pasif dengan pemodelan quarter car dengan berbagai parameter yang berbeda. Pada paper ini mensimulasikan passive suspension system Seperti yang biasa digunakan.

Untuk memverifikasikan keakurasian model digunakan state spa

passive suspension system telah ditetapkan

menganalisa pengaruh perubahan parameter. Terutamaredamandankekakuansuspensi

Matematika model dari quarter suspension

Pada Gambar 1 dijelaskan tentang model sistem quarter car, dimana ms massa roda, ks-kekakuan jok arah vertikal

kekakuan roda arahv ertikal, cs- redamanjok

massa jok arah vertikal Zv- perpindahan massa perpindahanmassarodaarahvertikal, Zr- kekasaranjalan

hanya memperhatikan gerakan massa pada sumbu vertikal serta mengabaikan gerak

Gambar 1 Sistem suspensi pasif

Persamaangerakansistemsuspensipasif

ܾ௦൫ܼ̇௦െ ܼ̇௩൯= 0

Atau

− ܾ௦ሺܼ̇௦െ ܼ̇௩ሻȀܯ௦

Persamaan pergerakan massa kendaraan

ܾ௦൫ܼ̇௦െ ܼ̇௩൯൅ ܭ௩(ܼ௩െ ܼ௧) ൅ ܾ௩൫ܼ̇௩െ ܼ̇௧൯= 0

istem yang sama dengan suspensi pasif namun ditambah dengan aktuator hidrolik yang menciptakan gaya dalam sistem suspensi. Dalam kemampuan memberikan energi kedalam sistem secepat mungkin, suspensi aktif lkan dengan penambahan actuator hidrolik yang ditempatkan diantara pegas dan peredam secara paralel. Pergerakan lompatan roda dan pergerakan badan kendaraan keduanya dapat dikontrol dengan baik dengan badan kendaraan . Kenyamanan berkendara dan kestabilan berkendara dapat diperoleh berkat adanya suspensi aktif. Secara umum sistem suspensi pada kendaraan dimodelkan . Dalam studi ini akan dibahas dengan berbagai parameter yang berbeda. Pada paper ini mensimulasikan passive suspension system.

Untuk memverifikasikan keakurasian model digunakan state space. Parameter ditetapkan untuk dapat redamandankekakuansuspensi.

, dimana ms- massa vertikal, kv-kekakuan redamanjok, cv- redam massa kendaraan kekasaranjalan. Dalam hal ini al serta mengabaikan gerak

(1) (2)

(3)

Buku 3 ISSN (E) : 2540 - 7589

Atau

ܼ̈௩= ܭ௦(ܼ௦− ܼ௩)/ܯ௩+ ܤ௦(ܼ̇௦− ܼ̇௩)/ܯ௩− ܭ௩(ܼ௩− ܼ௧)/ܯ௩− ܤ௩(ܼ̇௩− ܼ̇௧)/ܯ௩ (4)

Persamaan pergerakan dari massa roda

ܯ௧ܼ̈௧− ܭ௩(ܼ௩− ܼ௧) − ܾ௩൫ܼ̇௩− ܼ̇௧൯+ ܭ௧(ܼ௧ିܼ௥) = 0 (5)

Atau

ܼ̈௧= ܭ௩(ܼ௩ିܼ௧)/ܯ௧+ ܾ௩(ܼ̇௩− ܼ̇௧)/ܯ௧−௄೟(௓_ெ೟ି௓_೟ ೝ) (6)

State space equation

ݔଵ=ܼ̇௦;ݔଶ= ܼ௩− ܼ௦;ݔଷ= ܼ̇௩;ݔସ= ܼ௧− ܼ௩;ݔହ= ܼ̇௧;ݔ଺= ܼ௥− ܼ௧.

Parameter suspension

Dalam rangka menganalisis sistem maka dimasukan parameter – parameter yang dijadikan sebagai acuan, dimana diperlihatkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Parameter kajian respons kendaraan

No Parameter Nilai 1 Massa jok (kg) 90 2 Massa kendaraan (kg) 250 3 Massa roda (kg) 40 4 Redaman suspensi (N.s/m) 2500 5 Redaman jok (N.s/m) 3000 6 Kekakuan roda (N/m) 125000 7 Kekakuan suspensi (N/m) 28000 8 Kekakuan jok (N/m) 8000 9 Kekasaran jalan (m) 0.2

Berdasarkan persamaan diatas, maka dapat disusun diagram simulink

sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 2.

Gambar 2 MATLAB Simulink

Dengan data diatas kita dapat menjalankan program dan mendapatkan grafik dari pergerakan massa. Kemudian parameter–parameter yang ada dirubah nilainya untuk mendapatkan grafik yang lain. Sehingga dapat dianalisa terhadap setiap perubahan parameter, yang terutama redaman dan kekakuansuspensi. Dari grafik yang ada dapat dianalisa tentang performa dari suspensi terhadap parameter yang digunakan.

(4)

Analisa performance of suspension Pengaruhdarivariasiredamansuspensi

Untuk memahami pengaruhdari perubahan redaman terhadap kenyamanan kendaraan, perubahan yang dilakukan sebesar (1000 N-s/m, 2500 N-s/m, 4000 N-s/m) untuk menganalisa performa suspensi dapat dilihat pada grafik 1 sampai grafik 3 dimana semakin besar redaman suspensiterjadi penurunan pada simpangan (displacement)dan jumlah getaran. Tetapi percepatannya semakin tinggi. Jadi semakin besar suspension redaman, amplitudo simpangan semakin kecil. Maka kendaraan akan lebih cepat stabil.

Gambar 3 Effect of suspension redaman variation with parameter bs=1000/Kv=28000 Grafik.1.

Gambar 4 Effect of suspension redaman variation with parameter bs=2500/Kv=28000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 System: vse Time (sec): 0.184 Amplitude: 1.47 System: dse Time (sec): 0.42 Amplitude: 0.339

Velocity and displacement response of seat

Time (sec) A m p lit u d e Displacement velocity 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 System: vse Time (sec): 0.0899 Amplitude: 1.58 System: dse Time (sec): 0.36 Amplitude: 0.301

Time (sec) A m p lit u d e Displacement velocity

(5)

Buku 3 ISSN (E) : 2540 - 7589

Gambar 5 Effect of suspension redaman variation with parameter bs=4000/Kv=28000

Pengaruhdarivariasikekakuansuspensi

Dan untuk memahami pengaruh perubahandari kekakuansuspensi dilakukan perubahan sebesar (20000 N/m, 28000 N/m, 35000 N/m) untuk menganalisa performa suspensi dapat dilihat pada grafik 4 sampaigrafik 6 dimana semakin besar kekakuan suspensi terjadi kenaikan pada simpangan (displacement) jumlah getaran dan percepatannya. Jadi semakin besar kekakuan suspensi, amplitudo simpangan semakin besar. Maka kendaraan akan lebih lama stabil.

Gambar 6 Effect of suspension kekakuan variation with parameter bs=2500/ Kv=20000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 System: vse Time (sec): 0.104 Amplitude: 1.84 System: dse Time (sec): 0.313 Amplitude: 0.281

(6)

Gambar 7 Effect of suspension kekakuan variation with parameter bs=2500/Kv=28000

Gambar 8 Effect of suspension kekakuan variation with parameter bs=2500/Kv=35000 Kesimpulan

Pada hasil penelitian semakin besar nilai redaman maka amplitudo dan jumlah osilasi akan semakin kecil. Tetapi pada kekakuan suspense sebaliknya semakin dikurangi nilai kekakuannya maka amplitudo semakin kecil, panjang gelombang juga semakin panjang. Maka kendaraan akan lebih nyaman.

Daftar pustaka

Andronic Florin, Manolache-Rusu-Loan-Cozmin, patuleanu liliana “Pasive Suspension

Modeling Using MATLAB, Quarter Car Model, Input Signal Step Type”

K. Jeon, H Hwang, S Choi, J Kim, J Jang and K Yi “ Develope of an Electric Active

Rollcontrol (ARC) Algorithm for a SUV”

Li-Xin Guo, Li Ping Zhang “Robust H∞ Control of active vehicle suspension under

non-stationary running” 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 System: vse Time (sec): 0.112 Amplitude: 1.57 System: dse Time (sec): 0.36 Amplitude: 0.301