Mukhammad Isa Kurniawan (1), Mulyadi Mulyadi (2)
General Background Formula Society of Automotive Engineers racing vehicles require steering systems that support appropriate vehicle direction and turning characteristics. Specific Background Poor steering system design may produce turning angles that do not correspond with vehicle dimensions, while assembly considerations are also important during product manufacturing. Knowledge Gap The study addresses the practical need for an FSAE steering configuration that considers both component design and assembly requirements. Aims This study designs an FSAE racing car steering system and evaluates its components using Design for Assembly methodology, supported by three dimensional modelling in Solid Edge 2021. Results The steering system consisted of 31 listed components with a total recorded operation time of 165.66 seconds. Handling and insertion calculations were applied to the steering subassemblies, and the DFA calculations reported TA values of 0.548 for the smallest section, 1.156 for the middle section, and 1.765 for the largest section. Novelty The study combines three dimensional CAD modelling with component level handling and insertion analysis for an FSAE steering configuration. Implications The resulting concept and component analysis can support automotive mechanics in developing FSAE racing car steering systems and provide a basis for further geometric and ergonomic evaluation using Solid Edge 2021 or CATIA.
Highlight:
Keywoard: FSAE vehicles, Steering system design, DFA analysis, Solid Edge 2021, Ergonomics
FSAE (Formula Society of Automotive Engineers) awal mulanya diadakan oleh American Society of Automotive Engineers untuk para mahasiswa dalam bidang perancangan dan pembuatan mobil balap yang penilaiannya berdasarkan pada efisiensi, tenaga motor dan lain sebagainya.[1] Adapun sistem kemudi adalah sistem yang berfungsi mengatur arah dan membelokkan kendaraan dengan cara membelokkan roda depan. Cara kerjanya bila steering wheel (roda kemudi) diputar.[2] Pada sistem kemudibiasanya juga terjadi suatu permasalahan yang mana salah satunya pada sistem prancangan yang buruk, yang mangakibatkan sudut belok yang tidak sesuai kondisi (dimensi) kendaraan.[3] Fungsi0sistem0kemudi0adalah0untuk0mengatur arah0kendaraan0dengan0cara0membelokan0roda0enaga0putarnya0ke0steering0gear (roda0gigi0kemudi). Steering0gear0memperbesar0tenaga0putar0ini0sehingga0dihasilkan0momen0puntir0yang0lebih0besar0untuk0diteruskan0ke0steering0lingkage0akan0meneruskan0gerakan0steering0gear0ke0roda-roda0depan.[4] Desain dari0sistem0kemudi ini0menentukan0tingkat0keamanan dan0kenyamanan saat0berkendara.0Karena pada0saat ini0banyak0mobil-mobil0modern yang0mempunyai0ban berukuran0lebar dengan0tekanan0yang rendah, sehingga0mengakibatkan0bidang ban0dengan permukaan0jalan semakin0besar.[5] Adapun0tinjauan dari0segi kenyamanan0dalam mengemudikan0kendaraan, maka0teknologi sistem0kemudipada saat0ini0terus berkembang. Mulai0dari sistem0kemudi manual0sederhana yang0hanya menggunakan0roda gigi0yang sederhana0untuk mengubah0arah gaya0untuk membelokkan0ban, dengan0berkembang0sistem.[6] Kelebihan sistem0kemudi power0steering pada0saat ini0dalam keadaan0stationer dan0berjalan lambat0putaran kemudi ringan. Pengaturan0steering effort0berdasarkan kecepatan0kendaraan. Ketika0kendaraan melewati0jalan yang0rusak pada0kecepatan sedang0dan cepat, meskipun0ada rintangan0besar dari0permukaan jalan,0namun tidak0akan mempengaruhi0arah control0kemudi, karena0tekanan ouput0hydraulic untuk0steering0effort menjadi0tinggi sama0seperti power0steering konvensional. Kekurangan0sistem kemudi0power steering0pada saat0ini dalam0system ini, pengontrolan0perubahan beban0lebih sulit0dilakukan.[7]
Sistem0kemudi yang0ideal adalah0dimana input0gerakan belok0yang diinginkan0oleh pengemudi0sesuai dengan0output gerak0belok yang0dihasilkan oleh0kendaraan, kondisi0tersebut dinamakan0kondisi Ackerman. Pada0steering gear0mengubah arah0gerak rotasi0menjadi translasi0serta menyesuaikan0usaha yang0diberikan pada0roda kemudi0ke steering0linkage. Gerakan0steering linkage0yang terdiri0dari gerakan tie0rod kemudian0menggerakkan steering0knuckle sehingga0roda dapat0ikut0berbelok.
Design Steering System Pada Formula Society Of Automotive Engineers (FSAE) akan dijelaskan pada diagram alir sebagai berikut:
Figure 1. Diagram Alir Penelitian
Design for assembly DFA pada perakitan (assembly) ini memegang peranan yang sangat penting pada waktu proses manufaktur suatu produk. Misalnya, jika kita tidak merancang dengan baik maka dalam perakitan akan mendapatkan kesulitan. Sistem Kemudi Kendaraan yang berbelok menggunakan sistem kemudi untuk mengarahkan kendaraan menuju tempat yang akan dituju. Analisa Komponen Kemudi Mobil Analisa pembawaan (handling) serta penyiapan (insertion) akan dilakukan pada beberapa komponen sub-perakitan kemudi mobil.
Figure 2.
Gambar 4.2 Tabel perhitungan waktu handling
Figure 3.
Figure 4.
Figure 5.
Gambar 4.3 Tabel perhitungan waktu Insertion
Figure 6.
Figure 7.
Figure 8.
Sebagai akhir dari proses penerapan DFA adalah membuat desain baru yang efektif dengan indek efisiensi yang lebih besar.
Hasil analisa dan perhitungan pada tiap komponen kemudi mobil dimasukkan pada table berikut :
Tabel 4.5 Desain for assembly Pada Kemudi Mobil
Desain efisiensi = 3 x NM/TM
Untuk mengetahui sejauh mana tingkat efisiensi perakitan dari suatu produk assembly dapat dihitung dengan rumus :
rumus dari E=NM x ta yang bagian terkecil
Figure 9.
rumus dari E=NM x ta yang bagian tengah
Figure 10.
Rumus dari E=NM x ta yang bagian terbesar
Figure 11.
Berdasarkan hasil analisa dan penelitian perancangan sistem kemudi pada FSAE (Formula Society of Automotive Engineers) untuk proses kemajuan bagi bangsa Indonesia yang telah dilakukan, Perubahan konsep tentang bagaimana desain kemudi mobil dengan penambahan regulasi FSAE yang berfungsi dapat meringankan kinerja kenyamana dalam berkendara, Bagaimana cara membuat desain kemudi mobil FSAE dalam segi ergonomi dengan menggunakan aplikasi catia, Perubahan sistem kemudi pada tiap kendaraan tidak sama tergantung dari model kendaraan sistem dan masih banyak factor lainya dapat meningkatkan daya beloknya kendaraan, Analisa tentang pengujian ergonomi/geometer cara menyelesaikan permasalahan dalam menguji ergonomi/geometer diajurkan menggunakan aplikasi catia atau Solid Edge 2021.
P. I. Purboputro, M. Alfatih H., M. A. Saputro, and W. Setiyadi, “Uji kemampuan rancangan sistem kemudi, transmisi, dan pengereman pada mobil listrik prototype ‘Ababil’,” Prosiding University Research Colloquium, pp. 118–127, 2018.
E. P. Pradana and A. Ansori, “Rancang bangun sistem kontrol power steering pada trainer sistem kemudi sebagai media pembelajaran praktek chassis,” J. Rekayasa Mesin, vol. 6, no. 2, pp. 5–9, 2021, doi: 10.26740/jrm.v6i02.39412.
B. Setyono and Y. Setiawan, “Rancang bangun sistem transmisi, kemudi, dan pengereman mobil listrik ‘Semut Abang’,” in Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015, Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya, 2015, pp. 89–96.
M. R. Pahlevi and U. Wasiwitono, “Perancangan mekanisme uji karakteristik sistem kemudi,” Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia, 2014.
A. Nasution, “Studi eksperimental karakteristik pembebanan pada sistem kemudi power steering mobil Daihatsu Taft Hiline,” Surabaya Journal of Automotive Engineering, vol. 3, no. 2, pp. 45–52, 2017.
Catatan: judul, penulis, dan tahun ini muncul pada daftar pustaka artikel asal, tetapi saya belum menemukan sumber primer/jurnal aslinya di indeks daring yang dapat memverifikasi metadata lebih lanjut.
A. H. Sulistya, Car Steering System with Front Wheel Drive. Final Project, Mechanical Engineering Study Program, Engineering Faculty, Sanata Dharma University, Yogyakarta, Indonesia, 2006.
M. Poojari, B. S. Shreyas, R. Muddaiah, A. Raj, and B. S. Babu, “Design, analysis of steering system and front suspension for an electric all-terrain vehicle,” Mater. Today Proc., vol. 46, pp. 2848–2857, 2021, doi: 10.1016/j.matpr.2021.03.102.
H. Choi and S. Choi, “Design of the steering feedback controller of a steer-by-wire system using admittance model,” Int. J. Automot. Technol., vol. 25, pp. 565–574, 2024, doi: 10.1007/s12239-024-00055-1.
T. A. Nguyen, “Mathematical modeling and characteristics of automotive electric power steering systems: A state-of-the-art literature review,” Ain Shams Eng. J., vol. 16, no. 9, Art. no. 103516, 2025, doi: 10.1016/j.asej.2025.103516.
X.-P. Zhao, X. Li, J. Chen, and J.-L. Men, “Parametric design and application of steering characteristic curve in control for electric power steering,” Mechatronics, vol. 19, no. 6, pp. 905–911, 2009, doi: 10.1016/j.mechatronics.2009.05.003.
C. Yang, T. Sun, W. Wang, Y. Li, Y. Zhang, and M. Zha, “Regenerative braking system development and perspectives for electric vehicles: An overview,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 198, Art. no. 114389, 2024, doi: 10.1016/j.rser.2024.114389.
J.-O. Han, J.-W. Shin, J.-C. Kim, and S.-H. Oh, “Design 2-speed transmission for compact electric vehicle using dual brake system,” Appl. Sci., vol. 9, no. 9, Art. no. 1793, 2019, doi: 10.3390/app9091793.
Y. Tian, J. Ruan, N. Zhang, J. Wu, and P. Walker, “Modelling and control of a novel two-speed transmission for electric vehicles,” Mech. Mach. Theory, vol. 127, pp. 13–32, 2018, doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2018.04.023.
B. Gao, Q. Liang, Y. Xiang, L. Guo, and H. Chen, “Gear ratio optimization and shift control of 2-speed I-AMT in electric vehicle,” Mech. Syst. Signal Process., vols. 50–51, pp. 615–631, 2015, doi: 10.1016/j.ymssp.2014.05.045.