Sistem kemudi (power strering)

A. Pengertian power steering
             Power steering merupakan sebuah sistem yang berfungsi untuk meringankan memutar sistem kemudi kendaraan sehingga menghasilkan putaran kemudi yang ringan tanpa membutuhkan tenaga yang berarti untuk mengendalikan kemudi, terutama pada kecepatan rendah dan menyesuaikannya pada kecepatan menengah serta tinggi.
Pada kecepatan rendah gaya gesek ban dengan jalan cukup tinggi, apalagi untuk tipe ban tekanan rendah dengan telapak ban yang lebar.

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.
• Penggunaan power steering memberikan beberapa keuntungan seperti

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

• Cara perawatan power steering agar awet :

1. Bila kendaraan mau belok sebaiknya jalan atau gerak dulu baru belok.
2. Jangan terlalu sering membelokkan steer sampai mentok/patah terlalu lama.
3. Memilih minyak Power Steering yang original (jenis ATF).
4. Memilih spare parts yang original bila diservice.
5. Untuk hidrolik jenis rack steer, disarankan setiap mencuci kendaraan karet pelindung (boot steer) kanan dan kiri diperiksa, apakah lepas, robek atau terjadi kerusakan lainnya.
6. Jika parkir kendaraan, hendaknya posisi roda bagian depan harus lurus.
7. Gunakan jenis ban dengan tingkat gesekannya rendah

• Cara kerja power steering :
1. Posisi netral
Alirkan 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.
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.

B. Macam-Macam Power Steering yaitu :
1. Hidrolik Power Steering
Hidrolik Power Steering adalah sebuah sistem hidrolik (servo hidrolik) yang berfungsi untuk memperingan tenaga yang dibutuhkan untuk memutarkan kemudi terutama pada kecepatan rendah dan menyesuaikannya pada kecepatan menengah serta tinggi. Pada kecepatan rendah gaya gesek ban dengan jalan cukup tinggi, apalagi untuk tipe ban tekanan rendah dengan telapak ban yang lebar.

A. Cara kerja power steering hidrolic :
Ketika kemudi diputar, tahanan yang terbentuk oleh berat kendaraan dan mobil gesekan antara ban dan permukaan jalan menyebabkan torsion bar di dalam rotary valve menjadi membelok. Hal ini merubah posisi valve spool dan sleeve, kemudian mengarahkan minyak power steering dibawah tekanan ke power cylinder.
Perbedaan tekanan pada satu sisi piston (yang dipasang pada rack) membantu menggerakkan rack untuk mengurangi usaha putar. Minyal pelumas yang ada di dalam sisi power cylinder lainnya dipaksa ke control valve dan kembali ke pump reservoir. Pada saat steering efforts berhenti, maka control valve diketengahkan oleh gaya putar dari torsion bar, tekanan diseimbangkan pada kedua sisi piston, dan roda depan kembali lurus ke posisi depan.

Power steringhidrolic / Manual

                 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.
A. Konstruksi System

Keterangan :

1. Reservoir
2. Unit pompa
3. Pipa pendingin
4. Unit pengatur sirkit aliran minyak
5. Rumah gigi kemudi
6. Saluran pembagi

Rack-and-pinion power steering system terdiri dari:
• Rack and pinion steering gear box
Rack Pinion/Gearbox adalah system penggerak Power Steering dari kemudi atas kemudian di teruskan ke bagian roda dengan dibantu oleh komponen understeel atau kaki-kaki kendaraan (tie rod, rack end, idle arm dll). Di dalam system RackPinion/Gearbox terdapat piston dan valve(katup) yang bekerja sesuai tekanan olie yang disalurkan melalui Vane Pump, selain itu terdapat juga seal-seal yang berguna menahan tekanan olie agar tidak bocor keluar.
• Power steering oil pump
Pompa PS berfungsi sebagai penyalur tenaga dari mesin dengan oli yang bertekanan tinggi yang kemudian diteruskan ke bagian Rack Pinion/Gearbox melalui Selang Tekan (Selang bertekanan tingi). Posisi Vane Pump selalu berada di bagian atas dari RackPinion/Gearbox. Dan hampir setengahnya system Power Steering dikendalikan/ditentukan dari kerja Pompa, oleh karena itu bila terdapat kerusakan pada Pompa hampir dipastikan system Power Steeringnya juga tidak akan jalan alias rusak. Tipe pompa banyak sekali, antara lain :
pompa torak, membran, plunger, roda gigi luar, roda gigi dalam, vane, screw dan lain-lain. Tekanan yang diperlukan merupakan tekanan secara menerus (continue), sehingga tipe pompa yang digunakan adalah tipe Vane atau Roda Gigi. Pompa menghasilkan tekanan dengan memanfaatkan putaran mesin, sehingga volume pemompaan sebanding dengan putaran mesin.
Pengaturan jumlah minyak yang mengalir keluar dari pompa diatur oleh flow control valve, sehingga selalu konstant. Pada kenyataannya, karena tahanan pengemudian pada kecepatan tinggi berkurang maka jumlah aliran minyak juga harus dikurangi, supaya stabilitas pengemudian tetap terjaga Pada power steering rpm sensing dan power steering yang mempunyai flow control valve dengan built-in control spool, jumlah aliran minyak akan diatur sesuai dengan kecepatan kendaraan.
Kerja pengaturan jumlah aliran fuida/ minyak oleh flow control valve dan control spool adalah sebagai berikut :
a). Pada Putaran Rendah
Pada putaran rendah (650 s.d. 1250 rpm), tekanan yang dihasilkan oleh pompa akan dialirkan ke dua saluran yaitu x (saluran ke flow control valve) dan y (saluran ke control spool). Aliran yang melewati saluran x sebagian kembali ke pompa dan sebagian lagi keluar (P1). Aliran P1 diteruskan melewati orifice 1 & 2 dan terbagi menjadi dua yaitu output pompa dan dialirkan ke sebelah kiri flow control valve menjadi tekanan P2. Perbedaan tekan P1 dan P2 tergantung putaran mesin. Pada saat putaran mesin naik maka terjadi kenaikan perbedaan antara P1 dan P2.
Apabila tekanan P1 melebihi kekuatan pegas ”A”, maka flow control valve akan bergerak kek kiri, sehingga membuka saluran pengeluaran ke sisi pengisapan pompa sehingga jumlah aliran pengeluaran tidak naik. Pada kondisi ini jumlah aliran minyak dikontrol pada ± 6.6 ltr/ min.
b). Pada Putaran Menengah
Pada saat putaran menengah (1250 s.d. 2500 rpm) tekanan pengeluaran pompa (P1) yang bekerja pada sisi kiri control spool valve mempunyai tekanan yang mampu mengalahkan tekanan pegas ”B”, sehingga control spool valve tergerakkan ke kanan. Dengan bergesernya control spool valve maka besarnya lubang orifice 2 berkurang, sehingga tekanan out-put pompa dan tekanan P2 berkurang yang menyebabkan flow control valve semakin bergeser ke kiri.
Jadi pada posisi putaran menengah control spool valve akan tergeser ke kanan dan memperkecil orifice 2 sehingga mengurangi volume fluida yang melalui orifice.
c). Pada Putaran Tinggi
Jika putaran mencapai lebih dari 2500 rpm, control spool valve akan optimum terdorong ke kanan sehingga menutup orifice 2 dengan sempurna. Pada kondisi ini out-put pompa dan P2 hanya melalui orrifce 1, sehingga jumlah alirannya menjadi kecil, yaitu 3.3 ltr/ min.
Di dalam flow control valve terdapat relief valve yang berfungsi untuk mengatur tekanan kerja. Jika tekanan kerja mencapai 80kg/ cm2, pegas relief valve akan terdorong sehingga relief valve terbuka dan P2 turun.

• Oil reservoir
• Oil reservoir berfungsi untuk menampung oli P/S.
• Tubes/Hose (selang)
• Selang ini berfungsi yang menyalurkan oli yang bertekanan tinggi dari Vane Pump ke bagian Rack Pinion/Gearbox, dengan perputaran/rotasi yang sangat cepat maka dapat menimbulkan efek bunyi jika bahan selang yang dipakai kurang bagus kualitasnya.

b. Prinsip Kerja Power Steering Hidrolis

Sistem power steering menggunakan tekanan hidrolis yang dibangkatkan oleh power steering pump gunanya adalah untuk mengurangi langkah usaha yang diperlukan untuk memutar kemudi. Power steering pump dipasang di depan engine. Pompa yang dipakai adalah tipe vane-type, dan digerakkan oleh crankshaft melalui drive belt.
Minyak power steering ditarik dari reservoir ke pompa pada saat mesin dalam keadaan hidup. Minyak ini ditekan oleh satu power steering switch dan control valve yang letaknya di dalam power steering pump.
2. Electric Power Steering
Pada mobil toyota tahun 2005 sudah menerapkan Electric Power Steering (EPS), dimana proses kerja power steering yang awalnya menggunakan sistem hidrolis berubah menjadi sistem elektris.
Ciri khas yang terdapat pada EPS adalah sudah tidak menggunakan pompa power steering. Pada mobil toyota tahun 2005 sudah menerapkan Electric Power Steering (EPS), dimana proses kerja power steering yang awalnya menggunakan sistem hidrolis berubah menjadi sistem elektris.
a. Cara kerja sistem electric power steering (EPS)
Ketika kunci di putar ke posisi On, Control module memperoleh arus listrik untuk kondisi stand bay, bersamaan dengan itu indikator EPS pada panel instrumen menyala. Dan ketika mesin dihidupkan, 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 yang dinamakan Torque Sensor, alat ini akan memberikan informasi kepada control module sejauh mana setir diputar dan seberapa cepat putarannya.Dengan informasi tersebut control module segera mengirim arus listrik sesuai kebutuhan , motor listrik akan memutar gigi kemudi, dengan begitu proses memutar setir menjadi ringan.Vehicle speed sensor bertugas begitu mobil mulai melaju. sensor ini memberikan informasi bogi control module tentang kecepatan kendaraan, jika kecepatan melampaui 80 KM maka motor elektrik akan di nonaktifkan sehingga dengan begitu setir menjadi berat dan meningkatkan safety. Jadi sistem EPS ini mengatur besarnya arus listrik sesuai yang dibutuhkan oleh motor listrik dan memberikan kode tertentu jika ada malfungsi pada system

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.

Gambar :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.

b. Keungulan Electric Power Steering
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.

Permasalahan yang timbul biasanya adalah kemudi/ steer terasa
berat sehingga ada indikasi bahwa power steering menjadi salah satu
kemungkinan penyebabnya, walaupun bukan merupakan satu-satunya
penyebab. Jika ada permasalahan tersebut maka dalam melakukan
pemeriksaan sistem power steering adalah sebagai berikut :

1. Periksa power steering belt (belt pemutar pompa power steering). Jika kondisinya rusak maka harus diganti namun jika hanya kendor/ longgar lakukanlah penyetelan kekencangan belt-nya (lihat spesifikasi pada workshop manual).
2. Periksa minyak power steering. Cek jumlah dan kualitas minyak dengan melihat deep stik pada tabung recervoir. Lakukan juga pengecekan terhadap kebocoran yang mungkin terjadi pada pipa/ selang penghubung. Jika ada kebocoran perbaiki atau atasi terlebih dahulu kebocoran yang terjadi, tambahkan minyak power steering pada recervoir dan lakukan bleeding. Bleeding dilakukan dengan menghidupkan mesin pada 100 rpm, kemudian roda kemudi diputar secara maksimum ke kanan dan ke kiri tiga atau emapat kali.

Penggantian minyak dilakukan jika minyak ditemukan sudah
teroksidasi/ berbuih/ berbusa dan atau bahkan sudah ada emulsi.
Penggantian minyak dilakukan dengan cara sebagai berikut :

• Naikkan bagian depan kendaraan
• Lepaskan pipa pengembalian minyak dari recervoir dan keluarkan minyak
• Dengan mesin hidup idling, putarkan roda kemudi maksimum kekanan dan ke kiri sambil mengeluarkan minyak.
• Matikanlah mesin.
• Isikan minyak baru ke recervoir.
• Hidupkan mesin pada 1000 rpm.
• Setelah minyak keluar melalui pipa saluran balik, pastikan bahwa minyak direcervoir selalu penuh dan minyak yang keluar melalui saluran balik tidak bercampur udara.
• Pasang kembali pipa pengembalian minyak dari recervoir.
• Lakukan pembuangan udara yang kemungkinan masih tersisa (bleeding) dengan cara sebagaimana dijelaskan di atas.
• Pastikan bahwa pada saat mesin dimatikan, kenaikan level minyak
• pada recervoir tidak lebih dari 5 mm.

3). Periksa tekanan minyak power steering.
Dengan menggunakan pressure gauge pastikan bahwa tekanan minyak tidak lebih rendah dari 65 kg/ cm pada kondisi maksimum belok dan atau pada saat idle dan
saluran pressure gauge diblok (max bloking 10 detik).