Abstrak—Narrow  tilting  vehicle  sebagai  jenis  transportasi alternatif  yang  menggabungkan  sepeda  motor  dan  mobil  terus berkembang.  Kendaraan  beroda  tiga  ini  mampu  bermanuver dengan lincah karena memiliki kemampuan untuk memiringkan rangka  kendaraan  (tilting)  seperti  sepeda  motor.  Kemampuan bermanuver  ini  perlu  didukung  oleh  sistem  kemudi  dan  sistem suspensi  kendaraan  yang  baik  sehingga  kendaraan  tetap  aman pada  saat  digunakan.  Berdasarkan  permasalahan  tersebut diperlukan rancangan sistem kemudi dan sistem suspensi narrow tilting  vehicle  yang  sesuai  dengan  kriteria  tertentu.  Proses perancangan  sistem  kemudi  dan  sistem  suspensi  narrow  tilting vehicle  dilakukan  dengan  simulasi  kinematika  menggunakan perangkat lunak multibody dynamics. Dari hasil simulasi diperoleh geometri sistem kemudi yang paling mendekati kondisi Ackerman adalah pada trackwidth 600mm dan panjang sambungan belakang (L back ) 50mm  dan  sambungan  samping  (L side ) 40mm.  Untuk geometri  sistem  kemudi  yang  paling  mendekati  kondisi Ackerman, variasi panjang upper control arm yang sama dengan lower control arm telah dipilih.
Kata Kunci— Narrow tilting vehicle, simulasi kinematika, sistem kemudi, sistem suspensi, sudut camber.

## I. PENDAHULUAN
ARROW tilting  vehicle sebagai  jenis  transportasi alternatif  yang  menggabungkan  sepeda  motor  dan  mobil terus  berkembang.  Kendaraan  beroda  tiga  ini  mampu bermanuver dengan lincah karena memiliki kemampuan untuk memiringkan  bodi  kendaraan (tilting) seperti  sepeda  motor. Narrow  tilting  vehicle juga  mempunyai  rangka  pelindung menyerupai  mobil  sehingga  lebih  aman  dari  sepeda  motor. Kemampuan  bermanuver  ini  perlu  didukung  oleh  sistem kemudi  dan  sistem  suspensi  kendaraan  yang  baik  sehingga kendaraan tetap aman pada saat digunakan.
Berdasarkan  permasalahan  tersebut  diperlukan  rancangan sistem kemudi dan sistem suspensi narrow tilting vehicle yang sesuai dengan kriteria tertentu. Sistem kemudi yang baik adalah yang mampu menghasilkan sudut belok sesuai dengan kondisi Ackerman  [1].  Sedangkan  sistem  suspensi  kendaraan  harus dirancang  agar  menghasilkan  sudut camber negatif  ketika terjadi wheel  displacement ke  atas  dan  sebaliknya  [2].  Dalam penelitian ini dilakukan simulasi kinematika untuk memperoleh rancangan  sistem  kemudi  dan  sistem  suspensi narrow  tilting vehicle sekaligus  mengetahui  pengaruh  perubahan  panjang sambungan batang kemudi dan trackwidth terhadap sudut belok yang dihasilkan serta mengetahui pengaruh perubahan panjang upper  control  arm terhadap  perubahan  sudut  camber narrow tilting vehicle.

## II. METODOLOGI

## A. Prosedur Perancangan
Prosedur  perancangan  sistem  kemudi  dan  sistem  suspensi pada penelitian ini dibagi menjadi empat tahap. Tahap pertama adalah  melakukan  studi  literatur  mengenai  perkembangan narrow  tilting  vehicle yang  sudah  ada  beserta  sistem  kemudi dan  sistem  suspensi  kendaraan  tersebut.  Tahap  kedua  adalah menentukan konfigurasi dan spesifikasi awal dari narrow tilting vehicle yang  akan  dirancang.  Tahap  ketiga  adalah  melakukan survei  ketersediaan  komponen  penunjang  sistem  kemudi  dan sistem suspensi di pasaran agar rancangan yang diperoleh dapat dibuat.  Tahap  terakhir  adalah  pembuatan  model  3D  sesuai rancangan  awal  dan  melakukan  simulasi  kinematika menggunakan perangkat lunak multibody dynamics .

## B. Perancangan dan Analisa Sudut Belok Sistem Kemudi
Setelah  model  3D  dibuat  pada  perangkat  lunak multibody dynamics seperti  terlihat  pada  gambar  1,  dilakukan  simulasi kinematika  dengan  memberi input pada  sambungan  batang kemudi  untuk  mengetahui  perubahan  sudut  belok  roda  dalam ( δi ) dan sudut belok roda luar ( δo ). Perubahan sudut belok yang diperoleh dari hasil simulasi ini kemudian dibandingkan dengan kondisi Ackerman yang dijadikan sebagai acuan.

## Gambar. 1.  Rancangan awal sistem kemudi.
Untuk  memperoleh  hasil  rancangan  yang  paling  mendekati kondisi  Ackerman  sekaligus  mengetahui  pengaruh  perubahan trackwidth dan  panjang  sambungan  batang  kemudi  terhadap sudut belok yang dihasilkan, maka dilakukan simulasi pada tiga

## Perancangan dan Analisa Sistem Kemudi dan Sistem Suspensi Quadrilateral Pada Narrow Tilting Vehicle
Rizal Pribadi Restuaji, dan Unggul Wasiwitono Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : unggul@me.its.ac.id

## N
Sambungan batang kemudi
trackwidth yang  berbeda  yaitu  700mm,  600mm,  dan  500mm. Pada  setiap trackwidth terdapat  3  variasi  panjang  sambungan belakang  (L back )  dan  5  variasi  panjang  sambungan  samping (L side ) seperti terlihat pada gambar 2.
Gambar 2. Sambungan belakang dan samping batang kemudi.
Setelah  simulasi  dilakukan,  data  perubahan  sudut  belok kemudian di- plot dengan grafik Ackerman yang dirumuskan[1]:
cot(𝛿𝑜) − cot(𝛿𝑖) = 𝑤 𝑙 (1)
Dimana δo adalah sudut belok roda luar, δi adalah sudut belok roda  dalam,  w  adalah  panjang trackwidth kendaraan,  dan  l adalah jarak sumbu roda depan dan belakang kendaraan.
C. Perancangan dan Analisa Sudut Camber Sistem Suspensi Setelah simulasi kinematika pada sistem kemudi dilakukan, dipilih geometri sistem kemudi yang paling mendekati kondisi Ackerman.  Pada  geometri  yang  dipilih  selanjutnya  akan dilakukan  simulasi  kinematika  untuk  mengetahui  perubahan sudut camber terhadap wheel  displacement. Variabel  yang divariasikan pada simulasi kali ini adalah selisih antara panjang upper control arm dengan lower control arm yang dinotasikan dengan δ dimana δ= L upper -L lower . Terdapat 5 variasi nilai δ yaitu δ 1 = -20mm , δ 2 =-10mm , δ 3 = 0mm , δ 4 =+ 10mm , dan δ 5 = + 20mm seperti terlihat pada gambar 3. Besar perubahan sudut camber dibatasi sebesar ±1° [3] .
Gambar 3. Panjang upper dan lower control arm.

## III. ANALISA DAN PEMBAHASAN DATA A. Data Spesifikasi Kendaraan
Kendaraan  yang  dibahas  pada  tugas  akhir  kali  ini  adalah narrow  tilting  vehicle .  Sebuah  kendaraan  beroda  tiga  yang memiliki  kemampuan  memiringkan  rangka (tilting) ketika berbelok.  Adapun  desain  kendaraan  ini  menggunakan konfigurasi tadpole atau dua roda depan dan satu roda belakang [4]. Sistem kemudi menggunakan tie rod dengan ukuran tetap sesuai  dengan  dimensi  kendaraan . Sistem  suspensi  kendaraan menggunakan jenis quadrilateral [5] .

## B. Pengaruh Panjang Sambungan Batang Kemudi Terhadap Sudut Belok (Trackwidth 700mm)
Variabel yang divariasikan dalam simulasi kinematika sistem kemudi narrow  tilting  vehicle adalah  panjang  sambungan samping (L side ) dan panjang sambungan belakang (L back ) batang kemudi. Terdapat 3 variasi nilai L back yaitu 50mm, 75mm, dan 100mm  dimana  pada  setiap  nilai  L back terdapat  5  variasi  L side 90mm, 100mm, 110mm, 120mm, dan 130mm. Hasil simulasi kemudian dibandingkan dengan kondisi belok Ackerman. Gambar 4, 5, dan  6 menunjukkan bahwa perubahan panjang sambungan  batang  kemudi  akan  mempengaruhi  tren  sudut belok yang dihasilkan. Perubahan panjang L side batang kemudi akan  mempengaruhi  rasio  antara  sudut  belok  roda  dalam  ( δi ) dan  sudut  belok  roda  luar  ( δo) dimana  semakin  panjang  L side maka rasio antara δi/δo akan semakin besar.
Gambar  7  menunjukkan  bahwa  perubahan  L back akan mempengaruhi tren sudut belok yang dihasilkan. Dapat dilihat bahwa semakin panjang L back maka sudut belok yang dihasilkan semakin  menjauhi  kondisi  Ackerman.  Dari  ketiga  L back yang disimulasikan, terlihat bahwa geometri dengan L back 50mm dan L side 120mm  paling  mendekati  kondisi  Ackerman  untuk trackwidth 700mm.
Gambar 4. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman dengan L back 50mm. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 10 20 30 δ i (° ) δ o (°) Ackerman 90mm 100mm
110mm 120mm
130mm
L side L back trackwidth (w) L upper L lower
Gambar 5. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman dengan L back 75mm.
Gambar 6. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman dengan L back 100mm.
Gambar 7. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman tiap nilai L back yang paling mendekati kondisi Ackerman.

## C. Pengaruh Panjang Sambungan Batang Kemudi Terhadap Sudut Belok (Trackwidth 600mm)
Variabel yang divariasikan dalam simulasi kinematika sistem kemudi narrow  tilting  vehicle adalah  panjang  sambungan samping (L side ) dan panjang sambungan belakang (L back ) batang kemudi. Terdapat 3 variasi nilai L back yaitu 50mm, 75mm, dan 100mm  dimana  pada  setiap  nilai  L back terdapat  5  variasi  L side 40mm,  50mm,  60mm,  70mm,  dan  80mm.  Hasil  simulasi kemudian dibandingkan dengan kondisi belok Ackerman.
Gambar 8, 9, dan 10 menunjukkan bahwa perubahan panjang L side batang kemudi akan mempengaruhi tren sudut belok yang dihasilkan.  Perubahan  panjang  L side batang  kemudi  akan mempengaruhi  rasio  antara  sudut  belok  roda  dalam  ( δi )  dan sudut belok roda luar ( δo) dimana semakin panjang L side maka rasio antara δi/δo akan semakin besar.
Gambar  11  menunjukkan  bahwa  perubahan  L back akan mempengaruhi tren sudut belok yang dihasilkan. Dapat dilihat bahwa semakin panjang L back maka sudut belok yang dihasilkan semakin  menjauhi  kondisi  Ackerman.  Dari  ketiga  L back yang disimulasikan, terlihat bahwa geometri dengan L back 50mm dan L side 40mm  paling  mendekati  kondisi  Ackerman  untuk trackwidth 600mm.
Gambar 8. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman dengan L back 50mm.
Gambar 9. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman dengan L back 75mm.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 10 20 30 40 δ i (° ) δ o (°) Ackerman
90mm
100mm 110mm 120mm 130mm 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 20 40 60 δ i (° ) δ o (°) Ackerman
90mm
100mm 110mm 120mm 130mm 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 20 40 60 δ i (° ) δ o (°) Ackerman Link 50-
120mm Link 75- 130mm
Link 100- 130mm 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 10 20 30 δ i (° ) δ o (°) Ackerman 40mm 50mm 60mm 70mm 80mm 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 10 20 30 δ i (° ) δ o (°) Ackerman 40mm
50mm 60mm 70mm
80mm
(c)
Gambar 10. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman dengan L back 100mm.
Gambar 11. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman tiap nilai L back yang paling mendekati kondisi Ackerman

## D. Pengaruh Panjang Sambungan Batang Kemudi Terhadap Sudut Belok (Trackwidth 500mm)
Simulasi  kinematika  dengan  variasi  panjang  L side juga dilakukan  pada  model  dengan trackwidth sebesar  500mm. Terdapat  5  variasi  panjang  L side yaitu  40mm,  50mm,  60mm, 70mm,  dan  80mm.  Hasil  simulasi  kinematika  kemudian dibandingkan dengan kondisi belok Ackerman.
Gambar 12. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman dengan L back 50mm.
(b) Gambar 13. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman dengan L back 75mm.
(c)
Gambar 14. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman dengan L back 100mm.
Gambar 15. Hasil sudut belok terhadap kondisi Ackerman tiap nilai L back yang paling mendekati kondisi Ackerman.
Dari  gambar  12,  13,  dan  14  diketahui  bahwa  perubahan panjang  L side akan  mempengaruhi  tren  sudut  belok  yang dihasilkan. Perubahan panjang L side akan mempengaruhi rasio
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 δ i (° ) δ o (°) Ackerman 40mm 50mm 60mm 70mm 80mm 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 δ i (° ) δ o (°) Ackerman Link 50- 40mm
Link 75- 50mm Link 100- 40mm 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 δ i (° ) δ o (°) Ackerman
40mm 50mm
60mm 70mm 80mm
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 δ i (° ) δ o (°) Ackerman
40mm
50mm 60mm 70mm 80mm 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 δ i (° ) δ o (°) Ackerman 40mm 50mm 60mm 70mm 80mm 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 δ i (° ) δ o (°) Ackerman Link 50- 40mm Link 75- 40mm
Link 100-
40mm
antara  sudut  belok  roda  dalam  ( δi )  dan  sudut  belok  roda  luar ( δo) dimana  semakin  panjang  sambungan  maka  rasio  antara δi/δo akan semakin besar. Dari  gambar  15 terlihat  bahwa  perubahan  nilai  L back akan mempengaruhi tren sudut belok yang dihasilkan. Dapat dilihat bahwa  nilai  L back sebesar75mm  paling  mendekati  kondisi Ackerman  diikuti  oleh  lebar  100mm  dan  50mm. Dari  ketiga L back yang disimulasikan, terlihat bahwa geometri dengan L back 75mm  dan  L side 40mm  paling  mendekati  kondisi  Ackerman untuk trackwidth 500mm.

## E. Pengaruh Panjang Upper Control Arm Terhadap Perubahan Sudut Camber (Trackwidth 700mm)
Pada  sistem  suspensi  depan  kendaraan  dilakukan  simulasi kinematika dengan pemberian beban vertikal sehingga knuckle bergerak ke atas (bound) dan ke bawah (rebound) dengan jarak tertentu.  Parameter  yang  diukur  adalah  perubahan  sudut camber. Sistem  kemudi  dikunci  pada  saat  simulasi  sehingga roda selalu mengarah ke depan.
Gambar  16  menunjukkan  bahwa  perubahan  panjang upper control arm berpengaruh pada range perubahan sudut camber yang  dihasilkan  dimana  semakin  besar  perbedaan  panjang upper  control  arm dengan lower  control  arm maka range perubahan sudut camber semakin besar. Hasil simulasi sesuai dengan teori, yaitu jika perbedaan panjang antara upper control arm dan lower  control  arm semakin  besar  maka range perubahan sudut camber juga semakin besar.
Gambar 16. Grafik perubahan sudut camber terhadap wheel displacement pada trackwidth 700mm.
Untuk mencegah camber positif pada roda, sistem suspensi dirancang  sedemikian  rupa  sehingga  ketika  roda  terangkat  ke atas (bounce) maka  sudut camber harus  bergerak  ke  arah negatif. Dari gambar 4.15 terlihat bahwa semua variasi panjang upper  control  arm memenuhi  kriteria  tersebut.  Dari  semua variasi yang memenuhi kriteria, perubahan sudut camber masih berada dalam range yang wajar yaitu maksimal sebesar ±0,2° .

## F. Pengaruh Panjang Upper Control Arm Terhadap Perubahan Sudut Camber (Trackwidth 600mm)
Pada  sistem  suspensi  depan  kendaraan  dilakukan  simulasi kinematika dengan pemberian beban vertikal sehingga knuckle bergerak ke atas (bound) dan ke bawah (rebound) dengan jarak tertentu.  Parameter  yang  diukur  adalah  perubahan  sudut camber. Sistem  kemudi  dikunci  pada  saat  simulasi  sehingga
roda  selalu  mengarah  ke  depan.  Terdapat  5  variasi  panjang upper control arm terhadap lower control arm yaitu -20mm, - 10mm, 0mm, +10mm, dan +20mm.
Gambar 17. Grafik perubahan sudut camber terhadap wheel displacement pada trackwidth 600mm.
Gambar  17  menunjukkan  bahwa  perubahan  panjang upper control  arm berpengaruh  pada  perubahan  sudut camber terhadap wheel  displacement .  Pengurangan  panjang upper control  arm menyebabkan camber banyak  berada  di  daerah positif  sedangkan  penambahan  panjang upper  control  arm menyebabkan camber banyak berada di daerah negatif. Hal ini disebabkan  oleh  perbedaan  panjang  antara upper dan lower control  arm yang  mengakibatkan  perbedaan  laju  perubahan sudut camber pada masing-masing control arm. Untuk mencegah camber positif pada roda, sistem suspensi dirancang  sedemikian  rupa  sehingga  ketika  roda  terangkat  ke atas (bounce) maka  sudut camber harus  bergerak  ke  arah negatif. Terlihat dari gambar 13 bahwa semua variasi panjang upper  control  arm memenuhi  kriteria  tersebut.  Dari  semua variasi yang memenuhi kriteria, perubahan sudut camber masih berada dalam range yang wajar yaitu maksimal sebesar ±0,2°.

## G. Pengaruh Panjang Upper Control Arm Terhadap Perubahan Sudut Camber (Trackwidth 500mm)
Pada  sistem  suspensi  depan  kendaraan  dilakukan  simulasi kinematika dengan pemberian beban vertikal sehingga knuckle bergerak ke atas (bound) dan ke bawah (rebound) dengan jarak tertentu.  Parameter  yang  diukur  adalah  perubahan  sudut camber. Sistem  kemudi  dikunci  pada  saat  simulasi  sehingga roda selalu mengarah ke depan.
Gambar 18. Grafik perubahan sudut camber terhadap wheel displacement pada trackwidth 500mm.
-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -50 0 50 C amb er A n g le ( °) Wheel Displacement (mm) δ1=-20mm δ2=-10mm δ3=0mm δ4=+10mm δ5=+20mm -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 -50 0 50 C amb er A n g le ( °) Wheel Displacement (mm) δ1= -20mm δ2= -10mm
δ3=0 mm δ4=+10 m
m δ5=+20 m m -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 -50 0 50 C amb er A n g le ( °) Wheel Displacement (mm) δ1= -20mm δ2= -10mm
δ3=0 mm
δ4=+10 mm
δ5=+20 mm
Gambar  18  menunjukkan  bahwa  perubahan  panjang upper control  arm berpengaruh  pada  perubahan  sudut camber terhadap wheel  displacement .  Pengurangan  panjang upper control  arm menyebabkan camber banyak  berada  di  daerah positif  sedangkan  penambahan  panjang upper  control  arm menyebabkan camber banyak berada di daerah negatif. Hal ini disebabkan  oleh  perbedaan  panjang  antara upper dan lower control  arm yang  mengakibatkan  perbedaan  laju  perubahan sudut camber pada masing-masing control arm. Untuk mencegah camber positif pada roda, sistem suspensi dirancang  sedemikian  rupa  sehingga  ketika  roda  terangkat  ke atas (bounce) maka  sudut camber harus  bergerak  ke  arah negatif. Terlihat dari gambar 14 bahwa semua variasi panjang upper  control  arm memenuhi  kriteria  tersebut.  Dari  semua variasi yang memenuhi kriteria, perubahan sudut camber masih berada dalam range yang wajar yaitu maksimal sebesar ±0,2°.

## IV. KESIMPULAN
Dari  perancangan  dan  simulasi  kinematika  sistem  kemudi dan sistem suspensi narrow tilting vehicle yang telah dilakukan, rancangan  sistem  kemudi narrow  tilting  vehicle yang  paling mendekati  kondisi  Ackerman  diperoleh  pada trackwidth sebesar 600mm dan panjang sambungan belakang L back 50mm dan  sambungan  samping  L side 40mm. Untuk  geometri  sistem kemudi  yang  paling  mendekati  kondisi  Ackerman,  variasi panjang upper  control  arm yang  sama  dengan lower  control arm telah dipilih .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Jazar, Reza N. 2008. “ Vehicle Dynamics: Theory and Applications ”. New York: Springer.
[2] Milliken, William F. and Milliken, Douglas L., 1995. “Race Car Vehicle Dynamics”. Warrendale: Society of Automotive Engineers.
[3] Yang, S., Bao, Y., Liu, Y. and Li, C., 2014. “Kinematic analysis of the double wishbone suspension in ADAMS” . In Transportation Electrification Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific), 2014 IEEE Conference and Expo (pp. 1-5): IEEE .
[4] Hillen,  Brittany. “Toyota  i-Road  Urban  Tandem  Two-Seater  Vehicle Specs  Detailed  at CEATEC 2013”, http://www.slashgear.com.  (diakses 20 Maret 2016).
[5] Knowles,  Don.  2002. “Automotive  Suspension  and  Steering  Systems” . Cengage Learning.