Simulasi Perbandingan Tiga Sistem Suspensi

Tulisan selengkapnya disertai gambar tersedia dalam pdf, download di sini

Saya coba membandingkan kenyamanan berkendara dari tiga macam sistem suspensi kendaraan melalui simulasi. Tiap sistem saya beri gambar fisik, model matematik dan persamaaan state-nya. Sprung mass adalah bobot yang ditanggung, dalam konteks kendaraan adalah mobil dan penumpangnya. Shaker adalah penghasil getaran yang mewakili getaran roda di jalan.

Suspensi Pegas
Suspensi dengan pegas saja tanpa redaman (damper).
 

[gambar]
 

Suspensi Pegas dan Damper
Suspensi yang terdiri dari pegas dan damper. Umumnya, damper pada kendaraan bermotor adalah damper hidrolik.
 

[gambar]
 

Suspensi Pegas dan EMD
Penjelasan tentang electromagnetic damper (EMD) di bawah ini beserta desain sistem pengaturannya, saya ceritakan ulang dari Kawamoto et.al. [1].
 

[gambar]
 

dimana fd mewakili electro-magnetic damper (EMD). EMD adalah damper elektro mekanik sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
 

[gambar]

Arus listrik mengalir ke motor untuk memutar skrup sehingga menghasilkan gaya redam sebagaimana damper biasa. Bedanya adalah, besarnya redaman yang dihasilkan EMD dapat bervariasi dengan mengatur arus listriknya sedangkan damper biasa menghasilkan redaman konstan. Besarnya gaya redam EMD diformulasikan dalam persamaan berikut ini.

[gambar]

dimana Id adalah momen inersia ekivalen, fr adalah gaya gesek, ϕ adalah konstanta motor, dan i adalah arus listrik. Besarnya u ditetapkan berdasarkan nilai zs dan z0 dan diintegrasikan dengan kontroler proportional-integral (PI) berdasarkan diagram berikut.

 

[gambar]
 

dimana L dan R adalah induktansi dan resistansi motor dalam EMD, Kp dan Ki adalah parameter kontroler PI, dan uref didefinisikan dengan persamaan berikut.
 

[gambar] 

Rancangan Simulasi
Simulasi dilakukan dengan software MATLAB 2008. Simulasi ini membandingkan nilai z̈s dari tiap suspensi. z̈s adalah percepatan yang dialami massa sprung akibat getaran jalan dan, dalam riset sistem suspensi, nilai ini adalah indikator kenyamanan berkendara [2].
 

Parameter Simulasi
Massa sprung 250 Kg, konstanta pegas 16.000 N/m, konstanta damper 4000 N.s/m.
Parameter EMD: Id = 2.4674 Kgm2, R = 1.2 ohm, L = 4 mH, ϕ = 70 N/A, fr = 0.5 N
Parameter profil jalan: C-Class road profile (fo = 0.1, G0 = 5e-3, v = 10)
EMD Gain: Cs=1.5, Cg=-0.45
 

Diagram Simulink
Contoh diagram Simulink untuk sistem suspensi pegas dan EMD.

 

[gambar]

 

Hasil Simulasi
Plot nilai z̈s untuk ketiga suspensi ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
 

[gambar]

Berdasarkan hasil plot ini, diketahui bahwa sistem suspensi pegas dan EMD menghasilkan dinamika z̈s yang lebih kecil dan stabil dari pada suspensi lainnya. Dengan demikian kenyaman berkendara akan lebih terjamin dengan suspensi pegas dan EMD.
 

Kesimpulan
Dalam makalah ini telah dipaparkan model matematik dan persamaan state dari tiga sistem suspensi. Termasuk di dalamnya, suspensi pegas dan sistem electromagnetic damper (EMD) yang dirancang oleh Kawamoto et.al. [1]. Hasil simulasi dengan menggunakan C-Class road profile menunjukkan bahwa suspensi pegas dan EMD memberikan kenyamanan berkendara yang lebih baik dari kedua suspensi lainnya.
 

Referensi
[1]  Y. Kawamoto, Y. Suda, H. Inoue and T. Kondo, "Modeling of Electromagnetic Damper for Automobile Suspension," Journal of System Design and Dynamics, vol. I, no. 3, pp. 524-535, 2007.
[2]  F. Di Iorio and A. Cassavola, "A Multiobjective H-Infinity Control Stragtegy for Energy Harvesting while Damping for Regenerative Vehicle Suspension System," in American Control Conference, Montreal, Canada, 2012.