BAB II
TEORI SUSPENSI
2.1 Pengenalan Suspensi Udara
Dalam hal ini perkembangan teknologi melonjak tajam hingga pencapaian yang menghasilkan kualitas tinggi. Sementara dalam dunia otomotif perkembangannya cukup signifikan dalam hal tingkat kenyamanan berkendaraan ,beberapa diantaranya mengenai system suspensi.Sistem suspensi terletak diantara body kendaraan dan roda-roda, dan dirancang untuk menyerap kejutan dari permukaan jalan sehingga menambah kenikmatan dan stabilitas berkendara serta memperbaiki kemampuan daya cengkram roda terhadap permukaan jalan.
Sebagai pengetahuan kita suspensi udara pertama kali ditemukan pada tahun 1913 oleh seorang Amerika Henrickson. Awalnya sistem suspensi udara digunakan hanya untuk mobil-mobil mewah pada saat itu seperti limousine, lamborgini dan lain-lain. Kini suspensi udara sudah dipakai pada kendaraan komersial seperti truk dan bus, akan tetapi untuk diIndonesia masih terbatas penggunaannya pada bus-bus eksekutif dan truk-truk Volvo, karena umumnya kendaraan yang menggunakan sistem suspensi udara harganya masih cukup mahal. Sistem suspensi udara yang digunakan pada bus-bus di Indonesia merupakan sistem suspensi udara yang dirakit oleh pihak karoseri Adi Putro karena dengan cara ini customer bisa mendapatkan suspensi udara dengan cara murah, untuk bus dan truk Eropa menggunakan sistem suspensi udara yang dirakit produsen kendaraan yang bersangkutan sehingga jarang terjadi masalah seperti suspensi rakitan karoseri.
Umumnya sistem suspensi udara memiliki kapasitas beban mencapai 40000 N s/d 200000 N
Gambar 2.1Suspensi Udara Terpasang Pada Sebuah Bus(www.Chasis Bus Air Supension).
2. 2 Komponen Sistem Suspensi Udara
2.2.1 Pegas Udara (air spring)
Pegas udara memanfaatkan sifat kompresibilitas udara yang dikurung dalam suatu bellow.pegas ini umumnya dipakai pada kendaraan karena dapat menyerap getaran kecil-kecil lebih baik dari pada pegas logam.keuntungan yang lain adalah bahwa tinggi pegas dapat dibuat tetap meskipun bebanya berubah,dengan jalan mengatur tekanan udara didalam bellows.Komponen utama pada system suspensi udara adalah pegas udara ( air spring), pegas udara merupakan sebuah tabung udara
yang terbuat dari karet dengan landasan dan kepala yang terbuat dari plastik atau aluminium, karet yang digunakan adalah karet sintetis dan karet alami dengan dilapisi benang nillon diseluruh permukaan karet / air bellow.
Gambar 2.2 Air Spring(www.Chasis Bus Air Supension).
Seperti yang tampak pada gambar diatas pada bagian kepala tebuat dari aluminum sedangkan bagian bawahnya terbuat dari plastik dan di bagian dalamnya terdapat bumper yang berfungsi untuk mencegah kerusakan air spring pada saat menerima beban kejut yang sangat besar dan sesaat. Air spring yang digunakan pada system suspensi udara ada dua macam yaitu konvolusi tunggal dan konvolusi ganda, yang biasa digunakan pada truk dan bus Volvo adalah konvolusi Ganda.
Gambar 2.3 Air Spring dengan Konvolusi Ganda(www.Chasis Bus Air Supension).
Ketinggian air spring pada keadaan normal adalah 28-30 cm dalam keadaan kosong maupun terisi beban penuh karena tekanan udara yang masuk dijaga pada tekanan 8 s/d 10 N
2.2.2 Shock Absorber
Sama seperti system suspensi lainnya, system suspensi udara juga mengguna kan shock absorber dengan fungsi yang sama yaitu meredam oskilasi yang terjadi akibat
2.2.3 H dengan dengan air sprin empat digunak Hanger Spri Hanger spr fleksibel. dua air spr ng pada sat sehingga d kan pada bu Gambar ing ring adalah Penggunaa ring pada sa tu axle men di setiap sud us-bus Volv 2.4 Shock A h penghubu an hanger s atu axle, aka nggunakan dutnya dipa o. Absorber(w ung antara spring hany an tetapi un cross memb asangi air www.Chasis arm denga ya berlaku ntuk system ber yang te spring dan
Bus Air Sup
an chasis a pada syste m suspensi u rhubung da system su pension). agar bisa b em suspens udara dengan an membent uspensi uda bergerak si udara n empat tuk segi ara yang
Gamb Gamba bar 2.5 Siste ar 2.6 Sistem em Suspensi Ai m Suspensi i Udara den ir Supension Udara deng Supension) ngan Empat n). gan Dua Ai . t Air Spring ir Spring(ww g(www.Chas ww.Chasis sis Bus Bus Air
2.2.4 Lateral Rod
Fungsi lateral rod pada system suspensi udara sama seperti pada supensi lainnya yaitu menjaga axle agar stabil terhadap gaya dari samping, akan tetapi lateral rod pada system suspensi udara terikat antara axle dengan frame.
2.2.5 U Bolt
U Bolt pada system suspensi udara berfungsi mengikat axle dengan arm
2.2.6 Load Sensing
Ini merupakan komponen utama dalam system pengaturan udara pada suspensi udara, karena load sensing mendeteksi beban yang terjadi di air spring kemudahan memberikan supply data ke ECU untuk mengatur pasokan tekanan udara dari tangki / kompresor agar tekanan udara dan ketinggian body kendaraan tetap stabil pada saat menerima beban.
Selain memberikan input data ke ECU air suspension, load sensing juga memberikan input data pada ECU rem, hal ini bertujuan untuk menyesuaikan kekuatan rem dengan beban yang diterima oleh air spring.
2.2.7 Boogy Lift
Boogy lift berfungsi untuk menaikan tinggi kendaraan secara langsung dengan cara menambahkan tekanan udara pada air spring, boogy lift adalah sebuah alat yang memiliki prinsip kerja seperti solenoid yang dipakai pada system pneumatic pada dunia industri.
2.2.8 Vehicle Height Control
Fungsinya hampir sama dengan load sensing, akan tetapi VHC hanya memberikan input pada katup pengaturan agar tekanan udara bisa disesuaikan pada saat menerima beban kemudian katup akan terbuka dan tekanan udara dari kompresor ditambah.
Gambar 2.7 Vehicle Height Control(www.Chasis Bus Air Supension).
2.2.9 Electronic Control Unit
Biasa disingkat ECU, alat ini berfungsi untuk mengatur segala aktivitas system suspensi udara, karena di ECU ini akan mengatur supply udara dari kompresor, mendeteksi beban yang diterima, mengatur ketinggian kendaraan dan mendeteksi kerusakan yang terjadi pada system suspensi udara.
2.2.10 Kompresor
Umumnya kompresor yang digunakaan pada system suspensi udara adalah kompresor yang juga digunakan untuk system rem, system pneumatic dan seluruh air system yang ada pada sebuah kendaraan. Kompresor ini memiliki kapasitas pengisian sampai 12 bar.
Gambar2.8 Kompresor(www.Chasis Bus Air Supension).
2.2.11 Air Tank
Pasokan tekanan udara dari kompresor merupakan pasokan udara yang stabil, karena tekanan udara dari kompresor akan berubah-ubah bersamaan perubahan putaran mesin. Untuk mengatasi masalah ini maka dibuat tangki udara yang berfungsi menyimpan udara bertekanan dan menjaga pada tekanan tertentu.
2.2.12 mengen tidak n pengem yaitu di adalah E ECAS (Ele ECAS atau ndalikan ke ormal (off mudi dapat d igital dan an ECAS analo Gamb ectrically C u biasa dis etinggian bo road). ECA dengan mud nalog, umum og. bar 2.9 Air Controler A sebut remot ody kendar AS biasany dah menyesu mnya ECAS Tank(www Air Suspens te control raan, teruta ya terpasang uaikan ketin S yang dipa .Chasis Bus ssion) unit adalah ama pada s g pada cabi nggian kend akai pada ke s Air Supens h alat untu aat mengha in dekat pe daraan. ECA endaraan ko sion). uk mengont adapi meda engemudi s AS ada dua omersial sep trol dan an yang ehingga a macam perti bus
Gambar 2.10 Electronically Controler Air Suspenssion(www.Chasis Bus Air Supension).
2.2.13 Leveling Valve
Untuk menyesuaikan tekanan udara pada air bellow ECU harus mengetahui ketinggian kendaraan sehingga pada saat ada penurunan secara otomatis ECU membuka katup yang ada di tangki untuk menambah tekanan. Leveling Valve adalah alat untuk mendeteksi ketinggian kendaraan dan mengatur masuk dan keluarnya udara yang digunakan untuk mengisi air bellow. Keberadaan leveling valve hampir sama dengan load sensing, tapi leveling valve hanya mengatur tekanan dalam air bellow saja, tidak untuk system rem.
2.3 Jen memilik beban y gambar 2. nis-Jenis Sis Sama sepe ki berbagai yang diterim r-gambar be 12 Macam-Gambar stem Suspe erti system i tipe yang ma oleh se erikut ini: -macam Mo 2.11 Leveli ensi Udara suspensi g aplikasiny ebuah kend odel Suspens ing Valve(w dengan pe ya disesuaik aran adapu si Udara(w www.Chasis egas baja, kan dengan un jenis jen ww.Chasis
Bus Air Sup
system su n medan y nisnya akan
Bus Air Sup
pension). spensi uda ang ditemp n ditampilka pension). ara juga puh dan an pada
2.4 Inst suspens dengan dibawah sistem ECU da talasi Peng Dalam hal sion. Umum distribusi h pada sebu suspensi be an dikendali Gambar 2. gaturan Ud l ini penu mnya air be dibelakang uah sistem elakang dan ikan oleh re 13 Rangkai ara Pada S lis menjela ellow yang g empat dan suspensi u n satu untu emote contr ian Sistem S Sistem Susp askan sekil digunakan n didepan udara terdiri uk sistem su roller dan di Suspensi Ud pensi Udara las mengen pada sebu dua, sepert i dari tiga b uspensi dep istributor un dara(www.C a nai sistem ah bus berj ti yang ter buah tangk pan, ketigan ntuk setiap d Chasis Bus A m udara p jumlah ena rlihat pada ki udara, du nya terpant dua air bello
Air Supensi pada air am buah gambar ua untuk tau oleh ows. ion).
Selain system diatas suspensi udara ada juga yang sistemnya hanya terpasang pada bagian belakang saja sedangkan suspensi depannya masih menggunakan pegas daun (leaf spring).
2.5 Prinsip Dasar Kerja Suspensi Udara
Setelah kita mengetahui seluruh komponen yang ada di sistem suspensi udara, penting bagi kita untuk mengetahui prinsip dasar kerja suspensi udara. Pada dasarnya system suspensi udara menggunakan dasar hukum pascal yang biasa kita kenal persamaannya
F = m. a...………(2.1)
Keterangan :
F = gaya
m = massa
a =percepatan
Sedangkan prinsip kerjanya hampir sama dengan prinsip kerja rangkaian pneumatic, gambar 2.13 menunjukan komponen-komponen system suspensi udara. Lifting bellow adalah sebuah silinder / actuator karet yang dapat berubah bentuk berdasarkan tekanan udara yang dimasukan, dengan daya maksimum pada compressor akan ditentukan oleh tekanan udara dan luas penampang air bellow. Tekanan operasi dalam system suspensi udara biasanya sekitar ; 10 bar adalah tekanan yang tipikal dan tekanan sebesar itu dapat mengangkat beban 10 N/m2 luasan air bellow, sehingga sebuah air bellow berdiameter 16 cm dibutuhkan untuk mengangkat beban 2000 kg. oleh sebab itu , pada system suspensi udara dipasang empat buah air bellow di roda belakang dan dua buah air bellow diroda depan.
Sementara leveling valve yang berfungsi mengirimkan udara ke air bellow dengan cara yang serupa ke ekuivalen hidroliknya. Salah satu perbedaan penting muncul dari kenyataan sederhana bahwa jika pada system pneumatic udara yang telah dipakai dilepas ke atmosfer. Pada system suspensi udara, udara yang ada diair bellow dikembalikan ke tangki melalui leveling valve, dan hal ini membuat jumlah udara yang terdapat pada system tidak banyak terbuang.
Sedangkan untuk pasokan udara ke tangki dan air bellow didapat dari kompessor, dengan menghisap udara dari atmosfer lewat filter udara dan dinaikkan ke tekanan yang dibutuhkan oleh system, biasanya compressor ini digerakan oleh poros engkol. Temperature udara dinaikan cukup banyak oleh compressor ini. Udara juga mengandung uap air dalam jumlah besar. Sebelum dapat digunakan, udara harus didinginkan, dan ini menyebabkan kondensasi. Jadi, compressor udara harus dilengkapi oleh sebuah sebuah unit pendingin dan pengolah udara, dalam hal ini adalah tangki dan air dryer.
Kompressibilitas suatu gas membuat kita perlu menyimpan sejumlah udara bertekanan didalam tangki untuk didistribusikan ke berbagai system. Tanpa tangki ini, suatu kenaikan eksponensial tekanan yang lambat menghasilkan gerakan / respon air bellow yang lambat bila katup pada leveling valve terbuka dan hal inilah yang membuat penting peran tangki dalam sebuah system pneumatic termasuk system suspensi udara.
2.6 Tek Gamb gambar suspens luasan Jelaslah valve se akan m gaya ya kanan Yang bar 2.14 Tek Tekana ya r 2.14 sebua si udara di A sesuai d h bahwa de ecara propo menaikan tek ang bekerja P =F g Terjadi P kanan Yang ang terjadi d ah gaya dib analogikan dengan diam engan mena orsional. Na kanan. Teka persatuan lu F / A... Pada Air B g Terjadi Pa dalam suatu berikan pad n sebagai b meter air b aikan gaya, amun masih anan dalam uas, atau: ... Bellow
ada Air Bell
u fluida bila da fluida te beban yang bellow. Ini maka teka h kurang jel fluida deng ... low(Harina a fluida ters ertutup lew g diterima menghasil nan akan n las apakah m gan demikia ... di,’’Buku M ebut dikena wat sebuah dari body kan tekana naik disesua megurangi an dapat did ... Mekanika Fl ai suatu gay piston yang kendaraan an P dalam aikan oleh l luasan pisto definisikan ...(2.2) luida). ya. Pada g dalam dengan m fluida. leveling on juga sebagai
Keterangan :
P= tekanan
F= gaya
A= luas
Dari persamaan diatas kita dapat mengetahui tekanan yang terjadi pada air bellow dengan sebuah perhitungan yang sederhana dibawah ini:
F = 20000 N
A = 0,125 m2
Maka kita dapat megetahui tekanan pada air bellow:
P = F / A
P = 20000 / 0,125
= 160000 N / m2
Walaupun persamaan diatas sangat sederhana, terdapat banyak satuan tekanan berbeda yang biasanya digunakan. Akan tetapi dalam system SI biasanya tekanan dinyatakan dalam N/m2 .
2.7 Prinsip Kerja Sistem Suspensi Udara Berdasarkan Teori Pegas
Pada prinsipnya cara kerja system suspensi udara sama seperti system suspensi lain pada umumnya.akan tetapi fungsi pegas pada system suspensi konvensional
diganti oleh air spring yang memiliki banyak kelebihan fungsi yang tidak dimiliki oleh pegas konvensional.
Sebelum kita mengetahui teori pegas pada air spring,perlu kita mengetahui cara kerja pegas konvensional pada suspensi yang umum digunakan pada kendaraan konvensional.
2.8 Cara Kerja Suspensi
Sistem suspensi terletak diantara body kendaraan dan roda-roda, dan dirancang untuk menyerap kejutan dari permukaan jalan sehingga menambah kenikmatan dan stabilitas berkendara serta memperbaiki kemampuan daya cengkram roda terhadap permukaan jalan. Suspensi terdiri dari pegas, shock absorber, stabilizer, dan sebagainya. Pada umumnya suspensi dapat digolongkan menjadi suspensi tipe rigid (rigid axle) dan tipe bebas (independent suspension).
Suspensi menghubungkan body kendaraan dengan roda-roda dan berfungsi sebagai berikut:
Selama berjalan kendaraaan secara bersama-sama dengan roda, menyerap getaran, oskilasi dan kejutan dari permukaan jalan, hal ini untuk melindungi penumpang dan barang agar aman, serta menambah kenyamanan dan stabilitas
Memindahkan gaya pengereman dan gaya gerak ke body melalui gesekan antara jalan dengan permukaan roda.
Menopang body pada axle dan memelihara letak geometris antara body dan roda-roda.
Ada seba 2.9 Ger Ger yan perp gay mas ters Gamba dengan apun teori u agai berikut rak Transla rak translasi g digunaka pindahan .h a yang terja ssa benda d ebut dinyat F= m r 2.15 Perb n yang Tida untuk pegas t: asi Pada Su i diartikan s an untuk m hukum New
adi pada sua dan percep akan sebaga m.a……… bandingan a ak Menggun daun yang uspensi sebagai suat menguraikan wton tentang atu benda ka atannya pa ai ……… antara Mobi akan Suspe umum digu tu gerak yan n gerak tra g gerak men aku pada ar ada arah ya ………...… il yang Men ensi(www.C unakan pada ng terjadi s anslasi adal nyatakan ba rah yang dib ang sama p ……… nggunakan S Chasis Bus A a kendaraan epanjang ga lah percepa ahwa penjum berikan sam pada arah y ……..……… Suspensi Air Supensio n komersial aris lurus .V atan,kecepa mlahan alja ma dengan h yang sama …(2.3) on). adalah Variable tan dan abar dan hasil kali hukum
Keterangan :
F = gaya
m= massa
a = percepatan
Dengan m menyatakan massa dan a adalah percepatan pada arah yang dimaksud untuk gerak translasi,elemen system berikut biasanya terlibat I.Massa,massa dianggap sebagai model bagian-bagian yang menyimpan energy kinetic translasional.massa analogi dengan induktansi dengan induktansi jaringan listrik.jika F merupakan gaya dari suatu benda maka m adalah m = g W ………...…...………..(2.4) Keterangan : m = massa F = gaya g = gravitasi
Dengan g adalah percepatan jalur bebas suatu benda terhadap grafitasi g = 9,8066 m/det dalam satuan internasional.
Gambar 2.16(a) mengilustrasikan situasi dengan suatu gaya bereaksi pada suspensi kendaraan,(Andrew.Parr,”Hidrolika Dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi Dan Insiyur”).
ω = 2πƒ………...……….…(2.5)
Keterangan :
ω = percepatan sudut
ƒ = frekuensi
Pegas linier dapat berupa suatu model dari pegas atau suatu belitan kabel atau ban.pada umumnya pegas dianggap sebagai elemen yang menyimpan energy potensial.dengan frekuensi natural pada kendaraan mengunakan persamaan
ωn= m k ………...…...…………..(2.6) Keterangan : n ω = frekuensi natural k = konstanta pegas m = massa Δ kΔ k Posisi Peregangan Posisi Statik m m k (Δ + W W x
Gambar 2.16(b) Daspot untuk Gesekan Viskos(Andrew.Parr,”Hidrolika Dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi Dan Insiyur”).
• Gesekan Viskos
Gesekan viskos menyatakan suatu gaya perlambat yaitu suatu hubungan linier antara gaya yang diterapkan dan kecepatan.diagram skematik elemen untuk gesekan viskos sering diperesentasikan dengan suatu daspot.seperti ditunjukan pada Gambar 2.16 eksperesi matematis gesekan viskos adalah
f (t) = B dt t dy )( ………...(2.8) Keterangan : f (t) = gaya damping
B = koefisien gesekan viskos t = waktu
Gambar 2.16 menunjukan hubungan fungsional antara gaya gesekan viskos dan kecepatan.
FBD
Posisi Seimban m.a ( ) x(t) pegas K Δl K(x+ cỳ = f(t) F(t ) m. Gaya i• Gesekan Statis
Gesekan statis menyatakan suatu gaya perlambat yang cenderung untuk mencegah gerakan dari memulai.gaya gesekan statik dapat diperesentasikan dengan eksperesi.
f (t) = + (Fs ) y = 0 ………..……….(2.9)
Keterangan :
f (t) = gaya damping
Fs = gaya gesekan statik
Yang diartikan sebagai suatu gaya gesek yang hanya ada ketika benda diam tetapi mempunyai kecendrungan untuk bergerak.tanda dari gesekan bergantung pada arah gerak arah awal kecepatan.hubungan gaya kecepatan dari gesekan static.perhatikan bahwa ketika saat gerakan dimulai,gaya gesekan statik menghilang dan gaya gesekan yang lain mengambil alih.
2.10 Peran Air Bellow dalam mengantikan Kekuatan Pegas
Pada sub bab diatas telah dijelaskan tentang kerja suspensi secara umum berdasarkan teori getaran.dapat kita ketahui kekuatan dari sebuah pegas daun atau pegas ulir didapat dari bahan pegas dan dimensi yang digunakan dalam pemakaiannya dan ini merupakan parameter kerja suspensi konsvensional dan ini bisa kita dapatkan pada literature tentang material F(t) = k.y (t)………...…….(2.10) Keterangan : F(t) = gaya suspensi k = konstanta pegas y = lendutan t = waktu
Sedangkan pada system suspensi udara kekuatan air bellow didapat dari kompresibel fluida.dalam hal ini adalah udara,kompresibilitas itu sendiri adalah perubahan volume zat akibat perubahan tekanan yang dialami .perubahan volume relative persatuan tekanan disebut angka kompresibelitas (β ρ) yang dinyatakan dengan rumus:
βρ= - dW 1 dP dW [ kN / m2 ]………...……….(2.11)
Keterangan :
p
β = angka kompresibilitas
dW = tekanan udara di tangki utama dP = tekanan udara di air bellow
Tanda (-) karena turunnya tekanan mengakibatkan kerutnya volume.kebalikan dari angka kompresibilitas dinamakan MODULUS ELASTISITAS VOLUME (VOLUME OR BULK MODULUS OF ELASTICITY)
K = βρ 1 [ kN / m2 ]...(2.12) Keterangan : K = kompresibilitas p β = angka kompresibilitas
Sedangkan kekuatan air bellow dalam menahan beban didapat dari rumus dasar hukum pascal.
