Oleh : Michael.P.O.F Manalu NRP : Dosen Pembimbing : Dr Unggul Wasiwitono, ST, M.Eng

 Oleh : Michael.P.O.F Manalu

 NRP : 2108 100 037

 Dosen Pembimbing :

 Dr Unggul Wasiwitono, ST, M.Eng

COMFORT SAFETY

SAFETY

 GERAK

BELOK ^ACKERMAN

FAKTA ANALISA KINEMATIK

PADA SISTEM KEMUDI

PLANAR

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

MENGANALISA PENGARUH

PENEMPATAN RACK, DAN SUDUT STEERING

ARM TERHADAP STEERING ERROR

MEMBANDINGKAN HASIL ANALISA SPATIAL DENGAN

PENELITI SEBELUMNYA YANG MENGGUNAKAN

ANALISA KINEMATIK

PLANAR

 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 Colomn

Berfungsi sebagai penerus momen yang dihasilkan dari

steering wheel Steering Gear

Memperbesar momen putar yang diterima agar roda

depan agar digerakkan dengan mudah

Steering linkage

Sebagai penerus untuk

menggerakan roda depan

RECIRCULATING BALL

Perinsip kerja adalah bila roda kemudi diputar , maka gerakan ini akan diteruskan ke worm shaft/poros cacing, sehingga nut kemudi akan bergerak mendatar ke kiri atau kanan. Sementara nut bergerak, sektor shaft juga akan ikut berputar menggerakkan pitman arm yang diteruskan ke roda depan melalui batang- batang kemudi/steering linkage Rack And pinion

Perinsip kerja adalah waktu roda

kemudi diputar, pinion pun ikut

berputar. Gerakan ini akan

menggerakkan rack dari samping ke

samping dan dilanjutkan melalui tie

rod ke lengan nakel ( steering arm)

pada roda-roda depan. Dari putaran

kemudi inilah salah satu roda depan

didorong dan yang satu roda tertarik

sehingga akan membuat arah belok

yang sesuai dengan pengemudi

pada putaran roda yang sama

 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.

Felzien and

Cronim, 1982

 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.

A Rahmani Hanzaki,dkk

2007

 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

M.Ashadi

Fitrawan, 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

U.Wasiwitono

dkk,2012

KONDISI IDEAL KONDISI NYATA

Understeer

(α r < α _f )

sudut slip rata-rata roda depan lebih besar dari pada sudut slip

rata-rata roda belakang

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

 Asumsi

kendaraan berbelok ke kanan

 Maka δ ⁱ =δ ^r dan δ ⁰ =δ ^l

AKTUAL

 Merupakan nilai Steering error yang dirumuskan dengan

rumus :

Jika di plot dalam grafik dengan asumsi kendaraan tetap

berbelok ke kanan maka

4.5 ⁰

Posisi semula

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

41 0,4 77,08145 32,0986 145,8261 36,6461 0,7439 1,3442 1,8423 0,5428 28,4926 3,6060

0 5 10 15 20 25 30 35

0 10 20 30 40

δl

δr

Actual VS Ackerman

aktual ackerman

0 1.5 3 4.5

0 10 20 30 40

S tee rin g E rr or

δr

Steering Error

Steering Error

2.7041 ⁰

Error

lebih kecil

Dengan menaikkan dan menurunkan sejauh 1-5 cm, maka

didapatkan besarnya stering error

 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

0 1 2 3 4 5 6 7

0 5 10 15 20 25 30 35

S tee rin g er ro r ( S E ) - d eg re e

δ _r (degree)

SE dengan perpindahan rack (sumbu "y")

(+) 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.

0 1 2 3 4

0 10 20 30 40

S tee rin g er ro r ( S E ) - d eg re e

δ

_r

(degree)

SE dengan penempatan rack (sumbu "Z")

(+) 1 cm

(+) 2 cm

(+) 3 cm

(+) 4 cm

(+) 5 cm

(-) 1 cm

(-) 2 cm

(-) 3 cm

(-) 4 cm

(-) 5 cm

posisi awal

 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

 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

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

0 5 10 15 20 25 30 35

S tee rir ng E rr or (S E )

δ _r (degree) SE variasi sudut 𝜃 _l

(+) 1 cm

(+) 2 cm

(+) 3 cm

(+) 4 cm

(+) 5 cm

(-) 1 cm

(-) 2 cm

(-) 3 cm

(-) 4 cm

(-) 5 cm

Posisi awal

 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.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0 10 20 30

S tee rir ng E rr or (S E )

δ

_r

(degree)

Steering Error

Posisi semula

(+) 1 cm

(+) 2 cm

(+) 3 cm

posisi rack

minimum

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