Apakah kalian suka berkendara di sirkuit, ikut gymkhana, atau mencoba mencatat waktu terbaik di jalan pegunungan?
Saat berpikir, “Aku ingin lebih cepat, meski cuma satu detik!”, mungkin kalian mulai mengutak-atik coilover untuk mengatur karakter kemudi, seperti understeer dan oversteer.
Kalian mungkin pernah mendengar bahwa pegas depan yang lebih keras akan membuat mobil understeer, atau menaikkan tinggi bagian belakang akan membuat mobil oversteer.
Namun, penjelasan tentang mekanisme yang menyebabkan perubahan itu jarang kita temui di majalah maupun internet. Jadi, pengetahuan tentang hal ini belum begitu tersebar luas.
Memahami mekanismenya bukan berarti kalian langsung bisa menemukan setelan yang cepat. Namun, kalau sudah mengerti dasarnya, kalian bisa mulai menilai, “Untuk mengatasi masalah yang sekarang, aku butuh ini,” atau “Sepertinya perubahan ini tidak akan banyak berpengaruh.”
Kalian juga tidak perlu terlalu sering kebingungan memikirkan, “Bagaimana cara mengatasi masalah pada suspensi ini?”, atau tersesat di antara berbagai teori meragukan yang beredar.
Karena itu, kali ini saya ingin membahas pengaturan karakter kemudi dari sudut pandang sifat fisik ban.
【Poin Utama】
(1) Mengatur karakter kemudi berarti mengatur keseimbangan gaya menikung antara depan dan belakang
(2) Yang perlu diperhatikan adalah jumlah gaya menikung dari ban kiri dan kanan
(3) Semakin besar perpindahan beban, semakin kecil total kekakuan menikung ban kiri dan kanan
(4) Dua faktor utama yang menentukan pembagian perpindahan beban antara depan dan belakang adalah kekakuan roll dan sudut link suspensi
(5) Ketinggian roll center mengubah seberapa besar pengaruh masing-masing faktor
Keseimbangan Kemudi Berawal dari Ban
Pertama, mari kita bahas poin (1): “Mengatur karakter kemudi berarti mengatur keseimbangan gaya menikung antara depan dan belakang.”
Ya, sebenarnya maksudnya memang persis seperti itu.
Jika gaya menikung ban depan lebih besar dibandingkan ban belakang, mobil akan lebih mudah berbelok. Sebaliknya, jika gaya menikung ban belakang lebih besar, mobil akan lebih stabil.
Namun, saat membicarakan suspensi, kita sering mendengar ungkapan seperti, “Bagian depan gampang mengalami roll, jadi mobil understeer,” atau “Bagian belakang terlalu kaku, jadi mobil oversteer.”
Kalau hanya memikirkannya dengan cara seperti itu, sulit memahami apa yang sebenarnya terjadi dan bagaimana akhirnya karakter understeer atau oversteer bisa berubah.
Mobil hanya bersentuhan dengan permukaan jalan melalui empat bannya. Jadi, perubahan sikap bodi seperti roll dan pitching pada akhirnya hanyalah bagian dari proses penyaluran gaya. Yang secara langsung memengaruhi understeer dan oversteer adalah keseimbangan gaya menikung antara depan dan belakang.
Baik saat membicarakan pegas, stabilizer, maupun gaya redaman, penting untuk terus bertanya, “Pada akhirnya, bagaimana hal ini mengubah keseimbangan gaya menikung antara depan dan belakang?”
Selanjutnya, poin (2): “Yang perlu diperhatikan adalah jumlah gaya menikung dari ban kiri dan kanan.”
Secara umum, menurut saya, semakin mahir seseorang mengemudi, semakin halus pula ia mengatur perpindahan beban. Namun, dari ungkapan seperti “menambah beban pada ban” atau “benar-benar menekan ban”, terlihat bahwa saat perpindahan beban dibahas sebagai teknik mengemudi, perhatian biasanya hanya tertuju pada ban yang menerima tambahan beban, yaitu ban sisi luar tikungan.
Kalau yang dibahas hanya teknik mengemudi, itu tidak masalah. Namun, ban yang bebannya berkurang, yaitu ban di sisi dalam tikungan, bukan berarti sama sekali tidak bekerja (kecuali dalam kondisi seperti roda belakang bagian dalam pada mobil FF yang terangkat dari tanah).
Ada dua ban depan dan dua ban belakang.
Jadi, saat membahas karakter kemudi seperti understeer dan oversteer, penting untuk melihat jumlah gaya menikung dari ban kiri dan kanan.
Mengapa Perpindahan Beban Mengurangi Total Kekakuan Menikung
Sekarang kita masuk ke poin (3): “Semakin besar perpindahan beban, semakin kecil total kekakuan menikung ban kiri dan kanan.”
Pertama, coba lihat grafik berikut.
Grafik ini saya buat dengan mengacu pada Gambar 10 dari makalah “Flat-Belt Suspension Tire Test Machine” karya Tomoki Sakai, Kaoru Kusaka, dan Yuji Sato yang diterbitkan di situs makalah teknis Honda R&D. Saya menggambarnya sedekat mungkin dengan grafik aslinya.
Sumbu vertikal menunjukkan kekakuan menikung (gaya menikung per satuan sudut slip), sedangkan sumbu horizontal menunjukkan beban.
Seperti yang terlihat, kenaikan kekakuan menikung ketika beban pada ban bertambah tidak berbanding lurus dengan kenaikan beban itu sendiri.
Semakin besar beban, kekakuan menikung memang meningkat, tetapi kenaikannya semakin kecil.
Setelah melewati titik tertentu, kekakuan menikung justru mulai menurun.
Sifat ini disebut sensitivitas ban terhadap beban (tire load sensitivity).
Sekarang, bayangkan sebuah mobil dengan beban pada masing-masing ban depan sebesar 4.000 N pada kondisi 1 g.
Ketika mobil itu menikung, perpindahan beban membuat beban pada ban dalam berkurang dan beban pada ban luar bertambah.
Misalnya, jika terjadi perpindahan beban sebesar 2.000 N, beban ban dalam menjadi 2.000 N, sedangkan beban ban luar menjadi 6.000 N.
Kalau digambarkan pada grafik, hasilnya seperti ini.
Sekarang, perhatikan bagaimana kekakuan menikung ban dalam dan ban luar berubah.
Kekakuan menikung ban luar meningkat.
Memang meningkat, tetapi tidak banyak.
Sementara itu, kekakuan menikung ban dalam turun cukup besar.
Sekarang, mari kita jumlahkan nilai untuk kedua ban tersebut.
Sebelum perpindahan beban
Ban dalam 1.300 N/deg + Ban luar 1.300 N/deg = Total 2.600 N/deg
Setelah perpindahan beban
Ban dalam 800 N/deg + Ban luar 1.420 N/deg = Total 2.220 N/deg
Akibat perpindahan beban, total kekakuan menikung kedua ban justru berkurang.
Sifat ban inilah salah satu dasar paling penting untuk memahami karakter kemudi.
Baik perubahan karakter kemudi akibat mengganti pegas maupun akibat mengubah keseimbangan tinggi mobil depan dan belakang, keduanya pada akhirnya berkaitan dengan sifat ban ini.
Ini juga salah satu alasan mengapa mobil sport dibuat dengan pusat gravitasi yang rendah.
Jika pusat gravitasi mobil tinggi, perpindahan beban akan lebih besar pada percepatan lateral yang sama. Akibatnya, jumlah gaya menikung berkurang dan mobil lebih sulit melaju cepat. Karena itulah pusat gravitasi diturunkan untuk mendapatkan grip sebanyak mungkin dan meningkatkan kemampuan dinamis mobil.
Setelah memahami sifat ban tersebut, akhirnya kita bisa masuk ke pengaturan suspensi.
Apa yang Menentukan Pembagian Perpindahan Beban antara Depan dan Belakang?
Pertama, mari lihat poin (4): “Dua faktor utama yang menentukan pembagian perpindahan beban antara depan dan belakang.”
【Hal-hal yang berkaitan dengan kekakuan roll】 (Contoh)
・Pegas koil
・Stabilizer (anti-roll bar)
・Seberapa jauh bump stop tertekan
dan sebagainya.
【Hal-hal yang berkaitan dengan sudut link】 (Contoh)
・Tinggi mobil
・Roll center adjuster
・Redaman damper
dan sebagainya.
Sebagai contoh, jika pegas koil depan dibuat lebih keras dan pegas belakang lebih lunak, bagian depan akan menanggung porsi perpindahan beban yang lebih besar saat bodi mobil mengalami roll.
Seperti kita lihat tadi, ban memiliki sensitivitas terhadap beban. Jadi, jika porsi perpindahan beban di depan meningkat, jumlah gaya menikung dari ban depan kiri dan kanan menurun, sehingga mobil menjadi lebih sulit berbelok.
Namun, bukan hanya itu yang menentukan pembagian perpindahan beban antara depan dan belakang.
Pembagiannya juga berubah bergantung pada sudut link suspensi (atau lengan suspensi).
Misalnya, jika semula link sejajar dengan tanah lalu tinggi mobil dinaikkan, link akan miring ke bawah ke arah sisi luar mobil. Jika hanya tinggi bagian depan yang dinaikkan, sementara link belakang tetap sejajar dengan tanah, sudut link suspensi depan saat bodi mengalami roll akan membuat porsi perpindahan beban yang diteruskan melalui link depan menjadi lebih besar.
Namun, ada hal yang perlu diperhatikan. Perbedaan perpindahan beban antara depan dan belakang di sini hanyalah perubahan pembagiannya. Ini bukan berarti jumlah perpindahan beban seluruh mobil bertambah sebesar selisih tersebut.
Jumlah perpindahan beban seluruh mobil ditentukan oleh empat faktor: berat kendaraan, percepatan lateral, tinggi pusat gravitasi, dan lebar jejak roda (track width). Setelah itu, pembagiannya antara depan dan belakang berubah sesuai faktor-faktor seperti kekakuan roll dan sudut link.
Sedikit menyimpang dari topik, terkadang saya melihat pernyataan seperti, “Kalau kekakuan roll depan dinaikkan, bagian depan akan roll lebih sedikit daripada belakang, sehingga mobil lebih sulit berbelok.”
Saya paham kenapa orang ingin membedakan “roll depan” dan “roll belakang”. Namun, roll adalah gerakan saat bodi berputar terhadap sumbu roll yang menghubungkan roll center depan dan belakang (※). Sudut roll adalah sudut putaran bodi tersebut. Jadi, selama bodi tidak terpuntir, sudut roll bagian depan dan belakang sama.
Dengan kata lain, ini sekaligus menunjukkan betapa pentingnya kekakuan bodi. Tapi itu pembahasan lain, jadi tidak saya uraikan di sini.
Saat mobil bergerak, bodinya tidak hanya mengalami roll, tetapi juga pitching, sehingga persoalannya sedikit lebih rumit. Meski begitu, prinsip bahwa “selama bodi tidak terpuntir, sudut roll depan dan belakang sama” tetap berlaku. Jadi, ingatlah hal ini.
Yang berubah karena kekakuan roll dan sudut link bukanlah perbandingan sudut roll depan dan belakang, melainkan pembagian perpindahan beban antara depan dan belakang.
(※ Secara lebih ketat, ada pula pandangan yang mendefinisikan roll sebagai gerak rotasi terhadap sumbu yang membujur sepanjang mobil, sejajar dengan tanah, dan melewati pusat gravitasi. Jadi, menyebut garis penghubung roll center depan dan belakang sebagai sumbu roll bukanlah satu-satunya definisi yang benar. Di sini saya memakai istilah yang lebih umum. Ini topik penting dan suatu hari nanti akan saya bahas dalam artikel tersendiri. Kalau kalian tidak paham apa yang sedang saya bicarakan, silakan lewati bagian ini.)
Ngomong-ngomong, apa hubungan tinggi mobil dan gaya redaman dengan sudut link?
Karena jika keduanya diubah, sudut link yang sebenarnya saat mobil berjalan juga ikut berubah.
Mengubah tinggi mobil berarti mengubah sudut link. Maka, setelah bodi mengalami roll sebesar sudut tertentu, sudut link-nya pun akan berbeda dibandingkan sebelum tinggi mobil diubah.
Akibatnya, pembagian perpindahan beban antara depan dan belakang berubah, dan karakter kemudi pun ikut berubah.
Untuk gaya redaman, yang berubah adalah kecepatan gerakan roll dan pitching, sehingga respons transien mobil juga berubah.
Jika gaya redaman kecil, sudut link berubah lebih cepat dan perubahannya sudah lebih besar pada tahap awal. Jika gaya redaman besar, perubahan sudut link berlangsung lebih lambat.
Sebagai contoh, itulah sebabnya menyetel redaman belakang ke posisi paling lunak bisa membuat mobil oversteer ketika memasuki tikungan.
Namun, ketika roll sudah mencapai puncaknya dan mobil berada dalam kondisi menikung stabil (steady-state cornering), link suspensi tidak lagi bergerak sehingga gaya redaman tidak lagi berpengaruh.
Di sisi lain, gaya redaman juga berperan langsung dalam meneruskan perpindahan beban ke ban. Jadi, pengaruhnya tidak terbatas pada mekanisme tadi saja.
Bagaimana Ketinggian Roll Center Mengubah Keseimbangan
Terakhir, kita bahas poin (5): “Ketinggian roll center mengubah seberapa besar pengaruh masing-masing faktor.”
Sebenarnya, hal ini sebaiknya dijelaskan dengan persamaan. Namun, kali ini saya akan menjelaskannya tanpa persamaan sama sekali agar artikelnya lebih mudah dibaca.
Artinya, beberapa penjelasan mau tidak mau akan sedikit lebih samar dan kurang presisi. Mohon diingat, ya.
Kalau ingin mengetahui detailnya, saya menyarankan kalian membaca halaman berikut. Sayangnya, halaman ini berbahasa Jepang. Saya sudah mencoba mencari penjelasan sejenis dalam bahasa Inggris, tetapi tidak menemukan yang cocok.
Suatu hari nanti saya akan menulisnya sendiri. Sampai saat itu, mohon bersabar. Haha
Jadi, tadi kita membahas bahwa jumlah perpindahan beban seluruh mobil ditentukan oleh empat faktor—berat kendaraan, percepatan lateral, tinggi pusat gravitasi, dan lebar jejak roda—sementara pembagian perpindahan beban antara depan dan belakang ditentukan oleh kekakuan roll dan sudut link.
Akibatnya, jika perpindahan beban di depan meningkat, jumlah gaya menikung ban depan kiri dan kanan akan berkurang. Demikian pula, jika perpindahan beban di belakang meningkat, jumlah gaya menikung ban belakang kiri dan kanan akan berkurang.
Ngomong-ngomong, semakin besar jarak antara pusat gravitasi dan sumbu roll (lengan momen roll), semakin besar pula roll bodi.
Sebaliknya, semakin pendek lengan momen roll, semakin kecil roll bodi. Tetapi bagaimana jika sumbu roll dan pusat gravitasi berada pada ketinggian yang persis sama—dengan kata lain, lengan momen roll menjadi nol?
Dalam kondisi ini, suspensi sama sekali tidak bergerak ke arah roll, meskipun mobil sedang menikung.
Namun, perpindahan beban tetap terjadi, sehingga mobil itu sendiri masih akan miring akibat deformasi ban.
Bayangkan mobil dengan suspensi yang tidak bergerak saat roll, atau mungkin sebuah kotak persegi panjang yang dipasangi roda.
(Sebagai catatan, jika sumbu roll dinaikkan lebih tinggi lagi, arah roll akan berbalik.)
Lantas, bagaimana pembagian perpindahan beban antara depan dan belakang dalam kondisi ini?
Pembagiannya menjadi sama dengan distribusi berat depan–belakang pada kondisi 1 g.
Dengan kata lain, misalkan sebuah mobil memiliki distribusi berat depan–belakang 60:40. Jika sumbu roll dinaikkan sampai lengan momen roll menjadi nol, pembagian perpindahan beban saat menikung juga menjadi 60:40.
Sekarang kita coba kebalikannya: turunkan sumbu roll.
Jika sumbu roll terus diturunkan sampai setinggi permukaan tanah, lengan momen roll menjadi sama dengan tinggi pusat gravitasi. Dalam kondisi itu, pembagian perpindahan beban depan–belakang menjadi sama dengan pembagian kekakuan roll depan–belakang.
Pada titik ini, distribusi berat depan–belakang saat 1 g tidak lagi berpengaruh. Jadi, misalnya mobil memiliki distribusi berat 60:40 pada 1 g dan pembagian kekakuan roll 50:50, menurunkan sumbu roll sampai setinggi tanah membuat pembagian perpindahan beban depan–belakang menjadi 50:50.
(Sebagai catatan, jika sumbu roll diturunkan lebih jauh lagi, arah momen yang diteruskan ke bodi melalui link suspensi akan berbalik. Namun, karena momen ini diimbangi oleh momen roll yang ditahan kekakuan roll, arah roll akhirnya tidak berubah.)
Terakhir, bagaimana jika sumbu roll berada pada setengah ketinggian pusat gravitasi?
Dalam kondisi ini, distribusi berat depan–belakang pada 1 g dan distribusi kekakuan roll depan–belakang sama-sama memengaruhi pembagian perpindahan beban dengan besaran yang setara.
Jika sumbu roll dinaikkan sedikit demi sedikit dari posisi tersebut, pengaruh distribusi berat pada 1 g akan semakin besar. Sebaliknya, jika sumbu roll diturunkan sedikit demi sedikit, pengaruh pembagian kekakuan roll akan semakin besar.
Kali ini, demi menjelaskan semuanya hanya dengan teks dan menjaga artikel tetap mudah dibaca, saya mengabaikan pengaruh lebar jejak roda dan faktor-faktor lainnya.
Menurut saya, penjelasan ini cukup untuk menggambarkan kecenderungan dasarnya. Namun, jika kalian ingin melakukan perhitungan terperinci, perlu diingat bahwa hasilnya bisa sedikit berbeda tergantung kondisinya.
Kalau kalian benar-benar ingin mempelajarinya dalam bahasa Inggris, halaman berikut mungkin berguna. Namun, pembahasannya pada dasarnya mengasumsikan satu gandar saja (depan atau belakang), sehingga agak berbeda dari pokok pembahasan artikel ini.
“Geometric & Elastic Weight Transfer and the Roll Centre”
Jadi, kali ini saya telah membahas mekanisme yang membuat perubahan kekakuan roll atau tinggi mobil dapat mengubah karakter kemudinya.
Bisa dibilang, ini adalah penyetelan karakter kemudi melalui pengaturan perpindahan beban. Ada cara lain untuk mengatur karakter kemudi, misalnya tekanan ban, alignment, dan aerodinamika. Namun, sisi perpindahan beban merupakan salah satu bagian paling mendasar untuk memahami mekanisme suspensi.
Semoga tulisan ini ada manfaatnya bagi kalian.