Makalah Lengkap Sistem Kemudi

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Kendaraan dituntut untuk dapat dioperasikan dengan mudah dan nyaman oleh pengemudi di berbagai kondisi jalan. Banyak sekali jenis sistem kemudi yang mungkin belum di ketahui banyak orang serta kelebihan dan kekuranganya. Misalnya sistem kemudi konvensional biasa dengan sistem kemudi yang telah menggunakan power steering atau sistem kemudi yang lebih baru lagi yaitu Electric Power Steering. Sistem kemudi yang dapat di jalankan dengan mudah tentu dapat memberi rasa aman dan kemudahan bagi pengemudi dalam mengendalikan mobil yang dikendarainya.
Dari pendahuluan di atas, sesuai dengan yang akan di bahas yaitu tentang sistem kemudi. Oleh karena itu makalah ini akan membahas secara rinci yang erat kaitannya dengan sistem kemudi

Rumusan Masalah

Mengetahui Lebih Detail Mengenai Sistem Kemudi dan jenis-jenisnya

Tujuan

Tujuan Penulisan Laporan

Menghasilkan tenaga kerja yang berkualitas, yaitu tenaga kerja yang memiliki tingkat pengetahuan,keterampilan, etos kerja yang sesuai dengan tuntutan lapangan pekerjaan dan mengetahui lebih detail tentang Sistem Kemudi

LANDASAN TEORI

Pengertian Sistem Kemudi dan Fungsinya

Keterangan Gambar :
Keterangan Gambar :
Ø Nomor 1 Steering wheel
Ø Nomor 2 Steering coulomn
Ø Nomor 3 Universal joint
Ø Nomor 4 Housing steering rack
Ø Nomor 5 Booth steer
Ø Nomor 6 Tie rod
Sistem kemudi berfungsi untuk mengatur arah kendaraan atau berfungsi untuk membelokan roda. Jika pengendara membelokan Steering wheel (lihat gambar) maka steering coulumn akan meneruskan puntiran ke steering gear. Kemudian steering gear akan memperbesar tenaga puntiran hingga menghasilkan momen puntir yang lebih besar yang akan diteruskan ke steering linkage, kemudian steering linkage akan meneruskan puntiran dari steering gear ke roda kendaraan.

Jenis-Jenis Sistem Kemudi

Sistem Kemudi Manual

Dengan diproduksinya mobil-mobil baru sekarang ini penggunaan Sistem kemudi secara manual sudah mulai ditinggalkan. Pada sistem ini dibutuhkan adanya tenaga yang besar untuk mengemudikannya. Akibatnya pengemudi akan cepat lelah apabila mengendarai mobil terutama pada jarak jauh.

Tipe Sistem Kemudi Manual

Recirculating ball

Cara kerjanya :
Pada waktu pengemudi memutar roda kemudi, poros utama yang dihubungkan dengan roda kemudi langsung membelok. Di ujung poros utama kerja dari gigi cacing dam mur pada bak roda gigi kemudi menambah tenaga dan memindahkan gerak putar dari roda kemudi ke gerakan mundur maju lengan pitman ( pitman arm ).

Lengan-lengan penghubung (linkage), mulai dari batang penghubung ( relay rod ), tie rod, lengan idler ( idler arm ) dan lengan nakel arm dihubungkan dengan ujung pitman arm. Sambungan tersebut memindahkan gaya putar dari kemudi ke roda-roda depan dengan memutar ball joint pada lengan bawah ( lower arm ) dan bantalan atas untuk peredam kejut.
Jenis ini biasanya digunakan pada mobil penumpang atau komersial.
Keuntungan :
1. Komponen gigi kemudi relative besar, dapat digunakan untuk kendaraan sedang, mobil besar, dan kendaraan komersial.
2. Keausan relative kecil dan pemutaran roda kemudi relative ringan.

Kerugian :
1. Konstruksi rumit karena hubungan antara gigi sector dan gigi pinion tidak langsung
2. Biaya perbaikan lebih mahal

Jenis rack and pinion

Cara kerja :
Pada 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 pada roda-roda depan sehingga satu roda depan didorong, sedangkan satu roda tertarik, hal ini menyebabkan roda-roda berputar pada arah yang sama.

Kemudi jenis rack and pinion jauh lebih efisien bagi pengemudi untuk mengendalikan roda-roda depan. Pinion yang dihubungkan dengan poros utama kemudi melalui poros intermediate, berkaitan denngan rack.
Keuntungan :
1. Konstruksi ringan dan sederhana
2. Persinggungan antara gigi pinion dan rack secara langsung
3. Pemindahan momen relatif lebih baik, sehingga lebih ringan
Kerugian :
1. Bentuk roda gigi kecil, hanya cocok digunakan pada mobil penumpang ukuran kecil atau sedang.
2. Lebih cepat aus
3. Bentuk gigi rack lurus, dapat menyebabkan cepatnya keausan

Sistem Kemudi Jenis Power Steering

Power steering merupakan sebuah sistem yang berfungsi untuk meringankan memutar sistem kemudi kendaraan sehingga menghasilkan putaran kemudi yang ringan tanpa membutuhkan tenaga yang berarti untuk mengendalikan kemudi. Dalam perkembangannya power steering terbagi menjadi 2, yaitu : Hidrolik Power Steering dan Elektronik Power Steering.

HYDRAULIC POWER STEERING

Rack-and-pinion assembly merupakan unit hydraulic-mechanical dengan integral piston dan rack assembly. Di dalamnya ada satu rotary valve yang mengarahkan aliran minyal power steering dan mengontrol tekanan untuk mengurangi steering effort (suatu usaha daya yang diperlukan untuk memutar kemudi). Ketika kemudi diputar, tahanan yang terbentuk oleh adanya berat dari kendaraan dan gesekan roda ke ban, menyababkan torsion bar di dalam rotary valve menjadi agak cenderung melenceng. Hal ini akan merubah posisi valve spool dan sleeve, karena itulah diperlukan pengarahan pelumas bertekanan ke proper end yang terdapat pada power cylinder. Perbedaan tekanan pada sisi piston (yang dipasang pada rack) membantu menggerakkan rack untuk mengurangi langkah usaha putar. Pelumas di dalam power cylinder yang berlawanan didesak ke control valve dan kembali ke pump reservoir. Ketika steering effort berhenti, maka control valve akan diketengahkan oleh gaya melintir dari torsion bar, tekanan pada kedua sisi piston akan disamakan, dan roda depan kembali ke posisi lurus ke depan.

KONSTRUKSI SISTEM

Rack-and-pinion power steering system terdiri dari:
· Rack and pinion steering gear box
Rack Pinion/Gearbox adalah system penggerak Power Steering dari kemudi atas kemudian di teruskan ke bagian roda dengan dibantu oleh komponen understeel atau kaki-kaki kendaraan (tie rod, rack end, idle arm dll). Di dalam system RackPinion/Gearbox terdapat piston dan valve(katup) yang bekerja sesuai tekanan olie yang disalurkan melalui Vane Pump, selain itu terdapat juga seal-seal yang berguna menahan tekanan olie agar tidak bocor keluar.
· Power steering oil pump Pompa PS berfungsi sebagai penyalur tenaga dari mesin dengan oli yang bertekanan tinggi yang kemudian diteruskan ke bagian Rack Pinion/Gearbox melalui Selang Tekan (Selang bertekanan tingi). Posisi Vane Pump selalu berada di bagian atas dari RackPinion/Gearbox. Dan hampir setengahnya system Power Steering dikendalikan/ditentukan dari kerja Pompa, oleh karena itu bila terdapat kerusakan pada Pompa hampir dipastikan system Power Steeringnya juga tidak akan jalan alias rusak
· Oil reservoir
Oil reservoir berfungsi untuk menampung oli P/S.
· Tubes/Hose (selang)
Selang ini berfungsi yang menyalurkan oli yang bertekanan tinggi dari Vane Pump ke bagian Rack Pinion/Gearbox, dengan perputaran/rotasi yang sangat cepat maka dapat menimbulkan efek bunyi jika bahan selang yang dipakai kurang bagus kualitasnya.

PRINSIP KERJA POWER STEERING HIDROLIS

Sistem power steering menggunakan tekanan hidrolis yang dibangkatkan oleh power steering pump gunanya adalah untuk mengurangi langkah usaha yang diperlukan untuk memutar kemudi. Power steering pump dipasang di depan engine. Pompa yang dipakai adalah tipe vane-type, dan digerakkan oleh crankshaft melalui drive belt.
Minyak power steering ditarik dari reservoir ke pompa pada saat mesin dalam keadaan hidup. Minyak ini ditekan oleh satu power steering switch dan control valve yang letaknya di dalam power steering pump.

ELECTRIC POWER STEERING

Sistem Electronic Power Steering (EPS) termasuk di dalamnya komponen yang sama seperti pada sistem power steering konvensional. Sebagai tambahannya adalah sebuah solenoid valve pada power steering gear box, dan satu control unit dekat dibawah audio yang terletak di panel farcia tengah. Untuk mengontrol aliran oli pada steering gear box, disediakan satu solenoid yang bekerja berdasarkan arus dari control module yang menerima sinyal dari VSS (Vehicle Speed Sensor) dan TPS.

CARA KERJA ELECTRIC POWER STEERING

Cara kerja Sistem Electric Power Steering (EPS) adalah saat kunci diputar ke posisi ON, Control Module memperoleh arus listrik untuk kondisi stand-by, bersamaan dengan itu indikator EPS pada panel instrumen menyala. Saat mesin hidup, Noise Suppressor segera menginformasikan pada Control Module untuk mengaktifkan motor listrik dan clutch pun langsung menghubungkan motor dengan batang setir. Salah satu sensor yang terletak pada steering rack bertugas memberi informasi pada Control Module ketika setir mulai diputar. Disebut Torque Sensor, ia akan mengirimkan informasi tentang sejauh apa setir diputar dan seberapa cepat putarannya. Dengan dua informasi tersebut, Control Module segera mengirim arus listrik sesuai yang dibutuhkan ke motor listrik untuk memutar gigi kemudi. Dengan begitu proses memutar setir menjadi ringan. Vehicle Speed Sensor bertugas begitu mobil mulai melaju. Sensor ini menyediakan informasi bagi control module tentang kecepatan kendaraan. Pada kecepatan tinggi, umumnya dimulai sejak 80 km/jam, motor elektrik akan dinonaktifkan oleh Control Module.
Dengan begitu setir menjadi lebih berat sehingga meningkatkan safety. Jadi sistem EPS ini mengatur besarnya arus listrik yang dialirkan ke motor listrik hanya sesuai kebutuhan saja. Selain mengatur kerja motor elektrik berdasarkan informasi dari sensor, Control Module juga mendeteksi jika ada malfungsi pada sistem EPS. Lampu indikator EPS pada panel instrumen akan menyala berkedip tertentu andai terjadi kerusakan. Selanjutnya, Control Module menonaktifkan motor elektrik dan clutch akan melepas hubungan motor dengan batang setir. Namun karena sistem kemudi yang dilengkapi EPS ini masih terhubung dengan setir via batang baja, maka mobil masih dimungkinkan untuk dikemudikan. Walau memutar setir akan terasa berat seperti kemudi tanpa power steering.
Electric Power Steering (EPS) menggunakan beberapa perangkat elektronik seperti:
1.Control Module: Sebagai komputer untuk mengatur kerja EPS.
2.Motor elektrik: Bertugas langsung membantu meringankan perputaran setir.
3.Vehicle Speed Sensor: Terletak di girboks dan bertugas memberitahu control module tentang kecepatan mobil.
4.Torque Sensor: Berada di kolom setir dengan tugas memberi informasi ke control module jika setir mulai diputar oleh pengemudi.
5.Clutch: Kopling ini ada di antara motor dan batang setir. Tugasnya untuk menghubungkan dan melepaskan motor dengan batang setir sesuai kondisi.
6.Noise Suppressor: Bertindak sebagai sensor yang mendeteksi mesin sedang bekerja atau tidak.
7.On-board Diagnostic Display: berupa indikator di panel instrumen yang akan menyala jika ada masalah sengan sistem EPS.

KEUNGGULAN EPS

EPS tidak hanya melakukan fungsi power steering biasa, namun juga bisa mengontrol tekanan hydraulic pressure yang bereaksi berdasarkan counter-force plunger yang ada pada gear box tetapnya di dalam input shaft, oleh karena itulah karakteristik steering effort vs. tekanan hydraulic bervariasi tergantung dari kecepatan kendaraan untuk memberikan karakteristik kemudi yang optimal pas dengan kecepatan kendaraan dan kondisi kemudi.
· Pada saat mobil dalam keadaan stationer dan berjalan lambat putaran kemudi ringan.
· Pengaturan steering effort berdasarkan kecepatan kendaraan.
· Pada kecepatan sedang dan cepat, steering effort secara akan bertambah untuk menambah kestabilan dan kenyamanan kemudi.
· Pada kecepatan sedang dan cepat, ketika posisi kemudi berada atau mendekati posisi netral, fungsi reactionary plunger akan menambah steering effort agar kemudi lebih stabil.
· Ketika kendaraan melewati jalan yang rusak pada kecepatan sedang dan cepat, meskipun ada rintangan besar dari permukaan jalan, namun tidak akan mempengaruhi arah control kemudi, karena tekanan ouput hydraulic untuk steering effort menjadi tinggi sama seperti power steering konvensional.
· Sistem ini mempunyai fungsi fail-safe sehingga meskipun sistemnya elektrikal, temasuk control unit dan sensors, namun karakteristik power steering normal masih bisa di dapat.

KOMPONEN SISTEM KEMUDI

A. STEERING COULUMN

Steering column atau batang kemudi merupakan tempat poros utama. Steering column terdiri dari main shaft yang meneruskan putaran roda kemudi ke steering gear, dan column tube yang mengikat main shaft ke body. Ujung atas dari main shaft dibuat meruncing dan bergerigi, dan roda kemudi diikatkan ditempat tersebut dengan sebuah mur.

Steering column juga merupakan mekanisme penyerap energi yang menyerap gaya dorong dari pengemudi pada saat tabrakan.
Ada dua tipe steering column yaitu :
1. Model Collapsible

Model ini mempunyai keuntungan :
Apabila kendaraan berbenturan / bertabrakan dan steering gear box mendapat tekanan yang kuat, maka main shaft column atau bracket akan runtuh sehingga pengemudi terhindar dari bahaya.
Kerugiannya adalah :
1. Mainsfatnya kurang kuat, sehingga hanya digunakan pada mobil penumpang atau mobil ukuran kecil
2. Konstruksinya lebih rumit
Waktu Tabrakan
Dorongan badan pengemudi terhadap roda kemudi memutuskan pen-pen plastik dan menyebabkan poros utama atas dan tabung batang kemudi terdorong maju, sementara tabung-tabung atas dan bawah dihubungkan oleh bola-bola baja.
Tahanan meluncur bola-bola ini menyerap kekuatan dorong badan pengemudi.
3. Model Non collapsible
Model ini mempunyai keuntungan :
1. Main shaftnya lebih kuat sehingga banyak digunakan pada mobil-mobil besar atau mobil-mobil kecil
2. Konstruksinya sederhana
Kerugiannya adalah :
Apabila berbenturan dengan keras, kemudian tidak dapat menyerap goncangan sehingga keselamatan pengemudi relative kecil

B. STEERING GEAR

Steering gear tidak hanya berfungsi untuk mengarahkan roda depan, tetapi dalam waktu yang bersamaan juga berfungsi sebagai gigi reduksi untuk meningkatkan momen agar kemudi menjadi ringan. Untuk itu diperlukan perbandingan reduksi yang disebut perbandingan steering gear, dan biasanya perbandingannya antara 18 sampai dengan 20 : 1.
Perbandingan yang semakin besar akan menyebabkan kemudi menjadi semakin ringan, tetapi jumlah putarannya akan bertambah banyak, untuk sudut belok yang sama.
Ada beberapa tipe steering gear, tetapi yang banyak digunakan dewasa ini adalah

Tipe yang pertama, digunakan pada mobil penumpang ukuran sedang sampai besar dan mobil komersial. Sedangkan tipe kedua, digunakan pada mobil penumpang ukuran kecil sampai sedang.
Sudut belok dan gear ratio Pada diagram dapat dilihat hubungan sudut putar sector dengan gear ratio. Pada saat lurus atau sektor shaft berputar 2,5 ° ke kiri atau ke kanan gear ratio masih tetap 19,5 : 1. Sedangkan pada saat belok dengan sudut putar sektor 37° gear ratio menjadi besar yaitu 21,5 : 1. Oleh karena itu pada saat membelok kemudi menjadi ringan.

STEERING GEAR BOX
Ada beberapa bentuk steering gear box, diantaranya :
1. Model Worm dan Sector Roller
Worm gear berkaitan dengan sectorroller dibagian tengahnya. Gesekannya dapat mengubah sentuhan antara gigi dengan gigi menjadi sentuhan menggelinding.

2. Model Worm dan Sektor
Pada model ini worm dan sektor berkaitan langsung.

Model Screw Pin
Pada model ini pin yang berbentuk tirus bergerak sepanjang worm gear

Model screw dan nut
Model ini di bagian bawah main shaft terdapat ulir dan sebuah nut terpasang padanya. Pada nut terdapat bagian yang menonjol dan dipasang kan tuas yang terpasang pada rumahnya.

Model recirculating ball
Pada model ini, peluru-peluru terdapat dalam lubang-lubang nut untuk membentuk hubungan yang menggelinding antara nut dan worm gear.Mempunyai sifat tahan aus dantahan goncangan yang baik

Model rack and pinion
Gerakan putar pinion diubah langsung oleh rack menjadi gerakan mendatar. Model rack and pinion mempunyai konstruksi sederhana, sudut belok yang tajam dan ringan, tetapi goncangan yang diterima dari permukaan jalan mudah diteruskan ke roda depan.

STEERING LINKAGE
Steering linkage terdiri dari rod dan arm yang meneruskan tenaga gerak dari steering gear ke roda depan. Walaupun mobil bergerak naik dan turun, gerakan roda kemudi harus diteruskan ke roda-roda depan dengan sangat tepat setiap saat. Ada beberapa tipe steering linkage dan konstruksi joint yang dirancang untuk tujuan tersebut. Bentuk yang tepat sangat mempengaruhi kestabilan pengendaraan.

Bagian-bagian Steering Linkage Steering Linkage

Steering linkage untuk suspensi rigid

Steering linkage untuk suspensi independen