Analisis Getaran Pada Suspensi Sepeda Motor Terhadap Arah Sudut Suspensi Dan Pengaruhnya Terhadap Kenyamanan

A.    Dasar Teori Sistem Getaran

Studi mengenai hubungan antara perpindahan dari suatu sistem fisik dan gaya yang menyebabkannya, merupakan hal yang menarik untuk dipelajari. Hal terpenting dari teknik rekayasa modern dewasa ini adalah analisa dan prediksi dari perilaku dinamik (dynamics behavior) dari suatu sistem fisik. Kehadiran perilaku dinamik ini diantaranya ditandai oleh gerakan vibrasi dari suatu sistem fisik. Getaran sistem fisik berisolasi terhadap posisi keseimbangan.

Sistem fisik ini sendiri sangatlah kompleks untuk dianalisa, disisi lain diperlukan kemampuan untuk memprediksi perilaku system fisik itu sendiri. Untuk itu dikembangkan model idealisasi yang diasumsikan memenuhi syarat dalam menggambarkan sistem riilnya. Model idealisasi atau model matematika dapat dibedakan menjadi dua bagian utama : (1) Sistem dengan parameter discrete atau lumped system dan (2) Sistem dengan dengan parameter terdistribusi atau continues system. Model ini merupakan kebutuhan utama dalam melakukan analisa karena dari model inilah diturunkan persamaan matematika sebagai prediksi perilakudinamik sistem bersangkutan.

1.    Derajad Kebebasan (Degree of Freedom/ DOF )

Derajad kebebasan ( DOF ) dari suatu rigid body adalah jumlah dari koordinat umum (generalized coordinate) yang dibutuhkan untuk menggambarkan posisi dari sistem secara lengkap terhadap sutu referensi yang dianggap diam. Untuk sebuah partikel bebas yang mengalami gerak umum dalam ruang akan mempunyai tiga derajad kebebasan, sedangkan rigid body akan mempunyai enam derajad kebebasan yaitu tiga komponen posisi dan tiga sudut orientasinya.

2. Penyelesaian Persamaan Sistem Getaran Multi Derajad Kebebasan (MDOF)

Getaran bebas MDOF tanpa redaman secara umum dapat ditulis sebagai berikut :

Persamaan (A.2) dapat diselesaikan dengan eigenvalue problem sehingga diperoleh eigenvalue dan eigenvector-nya. Persamaan getaran adalah persamaan dalam bentuk kopel, sehingga untuk menyelesaikan persamaan tersebut dikalikan dengan matrik eigenvector yang sudah dinormalisir terhadap massa. Untuk mencari matrik eigenvNector ternormalisir dilakukan dengan cara sebagai berikut :

B.    Kriteria Kenyamanan Pada Kendaraan

Salah satu kriteria kenyamanan bagi penumpang kendaraan yang terkena getaran vertikal adalah kriteria janeway. Kriteria Janeway ini digunakan sebagai kriteria kenyamanan oleh Society of Automotive Engineering ( SAE ) yang diwujudkan dalam manual yaitu Ride and Vibration data manual j6a of SAE. seperti pada gambar berikut :

C.    Konstanta Kekakuan Pegas

Konstanta kekakuan pegas dapat dicari dengan menggunakan suatu percobaan, yaitu sebagai berikut

D.  Konstanta Redaman Suspensi

Dalam mencari konstanta redaman bisa dilakukan dengan suatu percobaan yaitu sebagai berikut:

Dari percobaan yang dilakukan di atas bisa diketahui konstanta kekakuan pegasnya, yaitu dari rumus

Tahap pertama suspensi diberi beban massa seperti pada posisi 1, karena suspensi diberi beban maka massa akan bergerak turun sampai pada posisi 2. Dari percobaan tersebut akan dicatat jarak antara massa pada posisi 1 dan 2 (x). Selain itu perlu dicatat waktu yang dibutuhkan massa untuk turun dari posisi 1 ke 2 (t). Dari data yang didapatkan maka bisa dicari nilai dari c, yaitu dengan menggunakan rumus berikut ini :

E.    Pemodelan Kendaraan

Kendaraan dimodelkan dengan empat derajat kebebasan. Untuk massa sprung yang ditinjau gerakan vertikal dan gerakan anggukan (pitching). Sedangkan untuk massa unsprung yang ditinjau hanya gerakan masing-masing ban. Kekakuan dan redaman dari suspensi dimodelkan sebagai sebuah pegas yang linear dan sebuah shock absorber, yaitu komponen pegas k dan komponen redaman c. Ban dilambangkan dengan sebuah pegas linear. Adapaun redaman dari ban nilainya cukup kecil dibandingkan konstanta pegas ban sehingga pengaruhnya dapat diabaikan. Aktuator pengubah posisi semi active suspension yang merupakan komponen aktif yang dapat dikontrol dimodelkan sebagai komponen yang dapat berubah.

Model kendaraan ini terdiri dari tiga massa, top mass m3, mewakili massa dari bodi kendaraan dan massa 2 penumpang, m2 dan m1, masing-masing mewakili massa ban-axle depan dan belakang. Kombinasi parallel pegas-damper antara massa body dan massa ban-axle (k4, c2 dan k3, c1) mewakili kekakuan dan damping dari sistem suspensi kendaraan. Gaya body Fb , dan torsi T, dapat diturun dengan prinsip hukum Newton.

F    Perumusan Profil Permukaan Jalan

Profil permukaan jalan diasumsikan sebagai gerak harmonik dengan karakteristik sebagai berikut: