POWER STEERING

Power steering merupakan salah satu pengembangan dari sistem kemudi yang fungsinya untuk mengurangi daya pengemudian, sehingga dapat memperingan operasi steering wheel. Daya pengemudian (steering effort) umumnya 20 N sampai 39 N, beberapa sistem memasukan pertimbangan khusus untuk mengurangi steering effort selama pengoperasian kecepatan rendah dan meningkatkan steering effort selama pengoperasian kecepatan tinggi.

Penggunaan power steering memberikan beberapa keuntungan seperti :

• mengurangi steering effort
• Kestabilan yang sangat tinggi selama pengemudian
• Mengurangi guncangan dari ketidak rataan permukaan jalan yang di salurkan pada steering wheel.

Power steering mempunyai dua tipe peralatan yaitu tipe hidraulis yang menggunakan tenaga mesin, dan yang lainnya menggunakan motor listrik atau biasa di sebut Electric Power Steering (EPS). Pada power steering yang menggunakan tenaga mesin , tenaga mesin di pakai untuk menggerakkan pompa, sedangkan pada jenis yang menggunakan motor listrik, pompa digerakkan oleh motor listrik. Keduanya sama – sama bertujuan untuk membangkitkan tekanan hidraulis yang dipakai untuk menggerakkan torak pada power cylinder dan memberikkan tambahan tenaga pada pinion dan rack.
Syarat sebuah power steering harus sesuai dengan gaya pengemudian dimana pada saat kecepatan rendah usaha pengemudian harus lebih rendah (ringan) dan semakin tinggi kecepatan kendaraan, maka usaha yang diperlukan untuk pengemudian harus semakin kecil. Untuk memperoleh gaya kemudi yang sesuai, beberapa mobil memiliki power steering dengan peralatan khusus yang dipasang pada pompa (vane pump) atau gear housing.

Power steering yang menggunakan sensor yang terpasang pada gear housing merupakan tipe power steering dengan sensor kecepatan kendaraan, dimana kecepatan kendaraan dideteksi dengan speed sensor dan tekanan fluida yang bekerja pada pompa akan berubah ubah berdasarkan sensor kecepatan.

Power steering yang menggunakan sensor yang terpasang pada vane pump merupakan tipe pwer steering dengan sensor putaran mesin (RPM). Pada tipe pengindera rpm mesin, di atas kecepatan tertentu volume aliran fluida diturunkan sehingga tekanan yang bekerja pada pompa akan berkurang.

A. 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.

Peralatan power steering hidraulis terdiri dari :
1. Vane pump yang berfungsi untuk membangkitkan tekanan hidraulis dan di gerakkan oleh mesin atau motor listrik. Pada bagian vane pump terdiri dari pump body, pump reservoir, flow control valve dan Idle up mechanism

 

2. Control Valve yang ditempatkan pada gear housing dan berfungsi untuk mengatur dan mengontrol tekanan hidraulis yang akan di salurkan ke power cylinder, control valve ini di atur oleh main shaft yang digerakkan oleh steering wheel. Jenis control valve ada tiga jenis yaitu Flapper valve type (untuk tipe recirculating ball), Rotary valve type dan Spool valve type (untuk tipe rack n pinion).

3. Power cylinder berfungsi untuk mengubah tekanan hidraulis menjadi gerakan mekanis dengan cara meneruskan tekanan hidraulis dari control valve ke rack end (steering lingkage).

Sistem kemudi ini memiliki sebuah booster hidraulis dibagian tengah mekanisme kemudi agar kemudi menjadi lebih ringan. Dalam keadaan normal beratnya putaran roda kemudi adalah 2-4 kg ( lihat gambar )

Animasi cara kerja power steering

Sistem power steering direncanakan untuk mengurangi usaha pengemudian bila kendaraan bergerak pada putaran rendah dan menyesuaikan pada tingkat tertentu bila kendaraan bergerak, mulai kecepatan medium sampai kecepatan tinggi.

Cara kerja power steering :

1. Posisi netral
Minyak dari pompa dialirkan ke katup pengontrol ( control valve ). Bila katup pengontrol berada pada posisi netral, semua minyak akan mengalir melalui katup pengontrol ke saluran pembebas ( relief port )dan kembali ke pompa. Pada saat ini tidak terbentuk tekanan dan arena tekanan kedua sisi sama, torak tidak bergerak.

Animasi gerakan fluida pada posisi netral

2. Pada saat membelok
Pada saat poros utama kemudi (steeringmain shaft) diputar ke salah satu arah, katup pengontrol juga akan bergerak menutup salah satu saluran minyak. Saluran yang lain akan terbuka dan akan terjadi perubahan volume aliran minyak dan akhirnya terbentuk tekanan. Pada kedua sisi torak akan terjadi perbedaan tekanan dan torak akan bergerak ke sisi yang bertekanan rendah sehingga minyak yang berada dalam ruangan tersebut akan dikembalikan ke pompa melalui katup pengontrol.

Animasi gerakan fluida pada saat berbelok

B. 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.

1. Pada saat mobil dalam keadaan stationer dan berjalan lambat putaran kemudi ringan.
2. Pengaturan steering effort berdasarkan kecepatan kendaraan.
3. Pada kecepatan sedang dan cepat, steering effort secara akan bertambah untuk menambah kestabilan dan kenyamanan kemudi. 
4. Pada kecepatan sedang dan cepat, ketika posisi kemudi berada atau mendekati posisi netral, fungsi reactionary plunger akan menambah steering effort agar kemudi lebih stabil.
5. 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. 
6. Sistem ini mempunyai fungsi fail-safe sehingga meskipun sistemnya elektrikal, temasuk control unit dan sensors, namun karakteristik power steering normal masih bisa di dapat.

Read more

Sistem Rem ABS

Menghentikan mobil yang sedang melaju cepat diatas jalanan licin sangatlah menantang. Namun fungsi ABS (Anti-lock braking systems) dirancang sedemikian rupa untuk menghadapi setiap tantangan pengereman dan mengurangi kecemasan pengemudi di saat-saat genting. Bahkan tanpa ABS pengemudi profesional pun tidak mampu menghentikan laju kendaraannya secepat pengemudi biasa yang menggunakan ABS.

Seperti kita ketahui, bahwa situasi lalu lintas di jalan terkadang tidak dapat diprediksi. Dan hal-hal yang memaksa pengemudi untuk melakukan pengereman seketika bisa saja terjadi, seperti contohnya penyebrang jalan yang kurang berhati-hati, kendaraan lain yang memotong jalan secara mendadak, dan lain sebagainya. Saat hal tersebut terjadi, maka tindakan pertama yang dilakukan pengemudi secara refleks adalah menginjak rem sedalam-dalamnya. Pada mobil yang tidak dilengkapi dengan sistem pengereman ABS, maka keempat rodanya akan mengunci dan mobil tersebut akan tetap meluncur tak terkendali.




Teori fungsionalitas teknologi ABS sebenarnya cukup sederhana, mencegah terkuncinya keempat roda saat pengereman mendadak. Dengan mencegah agar tidak ada roda yang terkunci saat pengereman, maka kendaraan dapat tetap dikendalikan dan mampu berhenti lebih cepat. Singkatnya, pengemudi memiliki kesempatan lebih besar untuk menghindari kemungkinan terjadinya kecelakaan.

Empat komponen utama dari sistem pengereman ABS adalah :

Sensor Kecepatan

Sensor Kecepatan yang terletak pada setiap roda ataupun diferensial (dalam beberapa kasus), menyampaikan informasi kepada ABS ketika roda hendak mengunci.

Katup

Di setiap rem pada jalur pengereman terdapat sebuah katup yang dikendalikan oleh ABS. Dalam beberapa sistem, katup tersebut memiliki 3 posisi :

● Posisi satu; katup dalam keadaan terbuka dan tekanan dari master silinder diteruskan langsung ke rem.

● Posisi dua; katup menghalangi jalur pengereman dan mengisolasi rem dari master silinder. Hal ini bertujuan untuk mencegah bertambahnya tekanan saat pengemudi menginjak pedal rem lebih dalam.

● Posisi tiga; katup melepaskan sebagian tekanan dari rem.

Pompa

Pompa berfungsi mengembalikan tekanan yang dilepaskan oleh katup pada jalur pengereman.

Kontroler

Kontroler adalah sebuah komputer. Komponen tersebut mengawasi sensor kecepatan dan mengendalikan katup.



Kontroler memantau sensor kecepatan sepanjang waktu, menunggu penurunan kecepatan putaran roda yang tidak biasa. Dalam kondisi normal, pada kecepatan sekitar 100 km per jam, sebuah mobil membutuhkan waktu sekitar 5 detik untuk berhenti sepenuhnya. Namun waktu yang dibutuhkan roda untuk berhenti berputar hingga terkunci, kurang dari 1 detik.

Karena kontroler ABS mengetahui bahwa menghentikan kendaraan sepenuhnya sebelum roda terkunci tidak dimungkinkan, maka sesaat sebelum roda terkunci, tekanan rem akan dikurangi, dan setelah akselerasi terdeteksi, maka tekanan rem akan ditambahkan kembali, demikian seterusnya hingga mobil berhenti sepenuhnya. Proses tersebut terjadi dengan cepat dan menghasilkan sistem pengereman yang maksimal.

Pada saat ABS bekerja, denyut yang dihasilkan dari proses buka tutup katup secara terus menerus dengan sangat cepat, dapat dirasakan kaki melalui pedal rem. Beberap sistem ABS dapat melakukan proses tersebut hingga 15 kali per detik.

Demikianlah konsep dasar cara kerja sistem pengereman ABS. Tentunya masih ada lebih banyak lagi variasi dan alogaritma kontroler untuk ABS.

EBD (Electronic Brake force Distribution)

Electronic Braking Distribution
EBD atau kepanjangan dari electronic brake distribution adalah suatu piranti yang membagi pengereman dari tiap roda agar mobil tetap dalam keadaan terkendali dan bergerak secara linear. Teknologi ini sama dengan ESP. EBD biasanya lebih sederhana dari ESP dan biasa diterapkan pada mobil Jepang.


1. Cara kerja sistem EBD
Tugas EBD sebagai subsistem dari sistem ABS untuk mengontrol adhesi pemanfaatan yang efektif oleh roda belakang. Tekanan roda belakang didekati dengan distribusi kekuatan rem yang ideal dalam operasi pengereman parsial. Untuk melakukannya, desain rem yang konvensional diubah dalam arah overbraking poros belakang, dan komponen ABS digunakan EBD mengurangi ketegangan pada kekuatan rem hidrolik katup proporsi dalam kendaraan EBD mengoptimalkan desain rem berkaitan dengan: pemanfaatan adhesi(gaya tarik menarik antar molekul yang tidak sejenis)

EBD dapat bekerja dalam hubungannya dengan ABS dan Electronic Stability Control ("ESC") untuk meminimalkan percepatan yaw selama bergantian. ESC membandingkan sudut roda kemudi untuk menilai kendaraan memutar menggunakan sensor tingkat yaw. "Yaw" adalah rotasi kendaraan sekitar pusat vertikal gravitasi (belok kiri atau kanan). Jika sensor yaw mendeteksi lebih / yaw kurang dari sudut roda kemudi harus menciptakan, mobil understeering atau oversteering dan ESC mengaktifkan salah satu depan atau rem belakang untuk memutar mobil kembali ke kursus yang dimaksudkan. Sebagai contoh, jika mobil adalah membuat berbelok ke kiri dan mulai understeer. ESC mengaktifkan rem belakang kiri, yang akan membantu mengubah mobil kiri. Sensor sangat sensitif, dan aktuasi yang begitu cepat bahwa sistem dapat memperbaiki arah sebelum pengemudi bereaksi. ABS membantu mencegah roda lock-up dan EBD membantu kekuatan rem berlaku tepat untuk membuat ESC bekerja secara efektif.

Electronic Stability Control (ESC) dan Traction Control System (TCS)


Electronic Stability Control(ESC) atau disebut juga dengan Vehicle Dynamic Control(VDC), Dynamic Stability Control(DSC), Electronic Stability Program(ESP), Vehicle Stability Control(VSC) atau Vehicle Stability Assist(VSA) adalah salah satu safety sistem pada mobil modern. ESP pertama kali diperkenalkan oleh Mercedes pada pertengahan tahun 1990. Fungsi utama yaitu untuk meingkatkan performa dan mencegah kecelakaan pada lintasan yang sulit seperti tikungan tajam atau jalan yang licin, dan atau pengereman mendadak. Secara umum sistem ini menyetabilkan kendaraan dengan memberikan yaw moment (diperoleh dari rem disetiap roda) dan menyesuaikan arah roda sesuai arah yang diinginkan pengendara.



Kendaraan mungkin bergerak tidak sama persis dengan posisi stir ketika pengendara membelokkan dengan arah yang tajam atau di jalan yang licin. Pada kondisi ini kendaraan bisa bersifat understeer atau oversteer. Kondisi oversteer yaitu kendaraan membelok melebihi arah belokan yang diinginkan pengemudi hal ini karena roda belakang kehilangan gaya gesek.

Gambar 1 Stability Control System[1]

Gambar 1 menunjukkan blok diagram dari Stability Control System yang terdiri dari tiga komponen utama: Pengemudi, Mobil, dan Lingkungan. Pada kondisi normal, Pengemudi melihat arah jalan kemudian menyesuaikan arah mobil dengan jalan menggunakan setir. Ketika ESC system mendeteksi bahwa pengemudi akan kehilangan control mobil, ESC memberikan yaw moment secara otomatis berdasarkan perbedaan antara arah stir dari pengemudi dan arah mobil yang sebenarnya dan membantu pengemudi membawa mobil kembali pada jalur.

Gambar 2 Oversteer dan Understeer[1]

Berdasarkan data dari Insurance Institute for Highway Safety(IIHS), Amarika Serikat, pada Juni 2006 hampir 10.000 ribu kecelakaan fatal di US dapat dihindari setiap tahun jika setiap kendaraan dilengkapi dengan ESC. Pada tahun 2012 pemerintah US mewajibkan setiap mobil yang dijual di US harus dilengkapi dengan ESC. Beberapa perusahaan yang sudah memakai ESC pada produknya yaitu Bendix, Bosch, BWI Group, Continental,Johnson Electric, Mitsubishi Electric, Nissin, TRW, Wabco.

Traction Control(TCS) dipakai untuk mencegah slip roda pada saat akselerasi. Slip biasanya terjadi pada jalan yang licin seperti salju atau genangan air, dimana roda tidak memperoleh gaya gesekan yang cukup untuk menggerakkan kendaraan. Traction Control dan Antilock Breaking System(ABS) biasanya bekerja bersama. ABS dipakai untuk mencegah slip ketika pengereman, sedangkan TCS diapaki untuk mencegah slip saat akselerasi. TCS dikenal juga sebagai Anti-Slip Regulation(ASR).

TCS memakai sensor kecepatan di roda untuk mendeteksi kecepatan kendaraan dan juga untuk mendeteksi adanya slip antara roda dan jalan. Jika slip terdeteksi TCS memastikan bahwa hanya sedikit torka yang tersalur ke roda yang slip, dengan memperkecil torka ini diharapkan gaya gesek antara ban dan mobil kembali ada sehingga kendaraan dapat bergerak. Input utama dari TCS adalah sensor kecepatan yang ada di ban. Sensor ini secara kontinue memonitor kecepatan dari setiap roda dan mengirimkan data tersebut ke ABS dan TCS di ECU(Electrical Control Unit). Ketika slip terdeteksi, TCS mengatur rem hidrolik yang ada di ban yang mengalami slip. Proses ini akan memperlambat kecepatan roda yang slip sehingga gaya gesek akan muncul kembali. Secara bersamaan torka dipindahkan ke roda yang berlawanan. Lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3. Jika kedua roda kehilangan gaya gesek, TCS memperlambat kedua roda hingga diperoleh gaya gesek, atau sistem memberikan sinyal ke Powertrain Control Module(PCM) untuk mengurangi torka dari mesin ke ban.

Gambar 3 Mekanisme Traction Control[1]

Read more