7 Materi Wheel Alignment Lengkap Pengertian, Fungsi, dan Gambarnya

1. Kenapa kendaraan memerlukan wheel alignment?

Karena kendaraan harus mempunyai performa jalan-lurus yang memadai untuk stabilitas pengendaraan, kemampuan membelok saat melintasi tikungan jalan, gaya balik kemudi agar dapat kembali ke kondisi lurus, dan kemampuan mengurangi guncangan yang ditransmisikan ke suspensi saat ban menempel permukaan jalan, dan lainnya. Oleh karena itu, roda kendaraan dibuat dengan sudut tertentu terhadap tanah dan suspensi sesuai dengan tujuannya.

Wheel alignment mempunyai lima faktor berikut:

1. Camber
2. Caster
3. Steering axis inclination (kingpin inclination)
4. Toe (toe-angle, toe-in and toe-out)
5. Turning radius (wheel angle, turning angle)

Bila ada satu dari elemen ini tidak benar, maka akan terjadi problem-problem berikut:

• Pengemudian yang sulit
• Stabilitas pengendaraan yang buruk
• Gaya balik steer buruk setelah menikung
• Umur ban pendek

Penjelasan

2. Camber

Camber = Bagian atas roda kendaraan miring keluar atau ke dalam dilihat dari depan kendaraan keadaan roda terpasang. Camber diukur dengan derajat kemiringan dari garis vertikal. Bila sisi atas roda miring keluar, maka disebut dengan “camber positif“. Sebaliknya, kemiringan ke dalam disebut “camber negatif”

Pada mobil-mobil modern, suspensi dan poros lebih kuat daripada kendaraan keluaran lama serta permukaan jalan sekarang kondisinya lebih datar, sehingga kebutuhan akan camber positif berkurang. Akibatnya, ban disesuaikan lebih ke zero camber (dan ada beberapa kendaraan yang benar-benar zero camber). Bahkan, camber negatif sekarang lebih umum digunakan pada mobil penumpang untuk menambah performa menikung.

CATATAN : Bila roda mendapat camber positif atau negatif yang berlebihan, maka akan terjadi ban aus yang tidak rata. Bila roda mendapat camber negatif yang berlebihan, ban aus lebih cepat pada sisi dalam; bila roda mendapat camber positif yang berlebihan, ban aus lebih cepat pada sisi luar.

Camber thrust = suatu gaya yang dihasilkan di arah horisontal apabila beban vertikal diberikan kepada ban yang mempunyai camber. Gaya ini disebut bekerja pada bagian dalam kendaraan untuk camber negatif dan bagian luar kendaraan untuk camber positif.

Camber saat Menikung

Saat kendaraan menikung, camber thrust pada ban bagian luar berfungsi untuk mengurangi gaya menikung karena kenaikan camber positif. Gaya sentrifugal memiringkan kendaraan yang sedang menikung akibat kerja dari pegas suspensi, sehingga mengubah camber.

CATATAN : Menikung selalu diikuti oleh gaya sentrifugal, dimana ban memaksa kendaraan membelok lebih lebar dari yang diinginkan oleh pengemudi kecuali kendaraan dapat memberikan gaya perlawanan yang cukup yaitu, gaya sentripetal untuk menyeimbangkan ini. Gaya sentripetal dihasilkan oleh deformasi dan selip sisi dari alur ban yang terjadi karena friksi antara ban dan permukaan jalan. Ini disebut cornering force (gaya menikung).

Camber Nol

Alasan utama menggunakan camber nol (zero camber) adalah untuk mencegah aus ban yang tidak sama. Bila roda diberikan camber positif atau negatif, kemiringan relatif ban ke permukaan jalan menghasilkan perbedaan radius putar ban bagian dalam dan luar saat ban berputar, sehingga ban menjadi aus tidak rata. Camber nol mencegah hal ini.

Camber Positif

Fungsi dari camber positif adalah sebagai berikut:

1. Reduksi dari beban vertikal
2. Pencegahan dari slip-off roda
3. Pencegahan camber negatif yang tidak diinginkan karena kondisi jalan
4. Reduksi dari steering effort

Baca Juga : 6 Tipe Sistem Suspensi Mobil Lengkap dengan Komponen, Fungsi, dan Gambarnya

3. Caster

Caster = kemiringan ke depan atau ke belakang dari poros steering. Caster diukur dalam derajat dari poros steering ke posisi vertikal seperti yang terlihat dari samping kendaraan. Kemiringan ke belakang dari garis vertikal disebut dengan “caster positif“, sedangkan kemiringan ke depan disebut dengan “caster negatif”

Jarak persimpangan garis tengah poros steering dengan tanah terhadap titik pusat ban ke daerah kontak dengan tanah disebut caster trail. Sudut caster mempengaruhi kestabilan jalan-lurus dan caster trail mempengaruhi pengembalian roda setelah membelok.

CATATAN : Bila roda diberikan caster positif yang berlebihan, kestabilan jalan-lurus dapat diperbaiki, tapi menjadi sulit membelok.

Kestabilan jalan-lurus akibat sudut caster, ketika sumbu steering berputar, misalnya saat menikung, bila roda mempunyai sudut caster, ban akan miring secara relatif terhadap permukaan tanah. Sehingga akan dihasilkan sentakan torsi yang dapat menyebabkan bodi kendaraan terangkat. Torsi sentakan (jack-up torque) berfungsi sebagai gaya balik yang berusaha untuk mengembalikan bodi kendaraan ke posisi horisontal dan mempertahankan kestabilan jalan-lurus kendaraan.

Pengembalian roda akibat caster trail, bila roda diberikan sudut caster, titik kontak garis
yang melebar dari sumbu steering berada di depan titik tengah ban dengan jalan. Dengan demikian, karena ban tertarik dari arah depan, gaya yang menarik ban akan mendorong gaya ke bawah dan mencoba untuk menghilangkan kestabilan ban untuk mempertahankan performa jalan-lurus.

Selain itu, saat ban mengarah ke samping karena pengemudian atau gangguan saat berjalan lurus, gaya ke samping (F2 dan F’2) akan dihasilkan. Gaya samping ini berperan sebagai tenaga pemutar di sekitar sumbu steering karena caster trail dan merupakan gaya yang mencoba untuk mengembalikan ban ke posisinya semula (recovery force).

Pada saat ini, bila caster trail nya panjang, untuk besaran gaya samping yang sama, gaya yang lebih besar bekerja untuk mengembalikan roda kemudi. Karenanya, semakin panjang caster trail, maka semakin besar performa jalan-lurus dan gaya pengembaliannya.

Geometri Nachlauf dan Vorlauf

Secara umum, sudut caster harus ditambah untuk menambah caster trail. Namun, bahkan bila sudut caster tetap sama, caster trail dapat diset seperti yang diinginkan dengan membuat offset sumbu steering ke depan atau belakang dari pusat roda.

Geometri Nachlauf mampu membuat caster trail bertambah dengan membuat steering axis offset ke depan dari pusat roda.

Geometri Vorlauf mampu membuat caster trail berkurang dengan membuat offset sumbu steering ke belakang dari pusat roda. Pada kendaraan sebenarnya, bermacam setting dibuat geometri Nachlauf dan Vorlauf agar dapat menyesuaikan dengan karakteristik kendaraan.

4. Steering axis inclination (kingpin inclination)

Poros yang digunakan roda berbelok ke kiri dan ke kanan saat roda itu berputar, disebut dengan “steering axis“.

Poros ini ditemukan dengan menggambar garis imajiner antara bagian atas mounting atas peredam kejut dan ball joint lower arm suspensi (untuk suspensi tipe strut). Garis ini dimiringkan ke dalam bila dilihat dari depan kendaraan dan disebut dengan “steering axis inclination” (S.A.I) atau “kingpin angle“. Sudut ini diukur dalam derajat.

Sebagai tambahan, jarak “L” dari persimpangan dari steering axis dengan tanah ke jarak persimpangan garis pusat roda dengan tanah disebut “offset“, “kingpin offset” atau “scrub radius“.

Fungsi Steering Axis Inclination

A. Mereduksi steering effort

Karena roda berputar ke kanan atau kiri dengan steering axis sebagai sumbunya dan offset sebagai radiusnya, offset yang besar akan menghasilkan momen yang besar di sekitar steering axis karena resistansi rolling dari ban, yang menambah gaya untuk memutar roda kemudi. Offset ini dapat dikurangi untuk mengurangi steering effort. Metode manapun dari dua metode berikut dapat digunakan untuk membuat offset yang kecil:

1. Memberikan camber positif pada ban
2. Memiringkan steering axis

B. Mereduksi kick-back dan menarik ke satu sisi

Bila offset sangat besar, tenaga dari pengendaraan atau pengereman menghasilkan momen di sekitar steering axis yang mempunyai magnitude yang proporsional dengan jumlah offset. Lagi pula, guncangan apapun dari jalan yang mengenai roda menyebabkan steer menyentak atau membalik (kick-back).

Fenomena ini dapat diperbaiki dengan mengurangi jumlah offset. Bila terdapat perbedaan antara sudut kemiringan steering axis kiri dan kanan, kendaraan biasanya akan tertarik ke sisi dimana sudutnya lebih kecil (dengan offset yang besar).

C. Memperbaiki stabilitas jalan lurus

Steering axis inclination menyebabkan roda-roda secara otomatis kembali ke posisi lurus ke depan setelah selesai menikung.

CATATAN : Pada mobil dengan mesin depan penggerak roda depan, offset biasanya ditetapkan kecil (nol atau negatif) untuk menghindari perambatan guncangan ban ke roda kemudi yang terjadi saat pengereman atau karena gangguan jalan, dan untuk meminimalkan momen yang dihasilkan di sekitar steering axis oleh gaya gerak saat mulai berjalan yang cepat atau akselerasi.

Bila terdapat perbedaan antara sudut pengemudian pada sisi kiri dan kanan, maka akan ada pula perbedaan antara momen yang terjadi di sekitar steering axis pada sisi kiri dan kanan saat pengereman dan tenaga pengereman akan menjadi lebih besar pada sisi dengan sudut steering yang lebih kecil. Selain itu, perbedaan apapun antara offset kiri dan kanan akan menghasilkan perbedaan tenaga reaksi gerak (torsi kemudi) pada sisi kiri dan kanan. Dalam kasus apapun, gaya itu akan mencoba membelokkan kendaraan.

5. Toe (toe-angle, toe-in and toe-out)

Toe adalah kemiringan roda depan dan belakang bila dilihat dari atas kendaraan. Sudut pemasangan roda disebut sudut toe . Bila roda di bagian depan lebih dekat dari roda di bagian belakang, kondisi ini disebut dengan “toe-in“. Kondisi sebaliknya disebut dengan “toe-out“.

Fungsi toe angle = tujuan utama dari sudut toe adalah untuk membatalkan camber thrust yang dihasilkan saat camber digunakan. Karena itu, sudut toe dapat mencegah roda depan membuka keluar saat toe-in digunakan untuk camber positif sebagai akibat dari penggunaan camber negatif untuk meningkatkan performa ban dan suspensi yang lebih baik yang jamak digunakan beberapa tahun terakhir ini.

Namun, kebutuhan untuk membatalkan camber thrust telah hilang. Sehingga, tujuan utama penggunaan sudut toe telah berubah menjadi untuk memastikan kestabilan jalan lurus. Saat kendaraan menanjak pada permukaan jalan miring, bodi kendaraan miring ke satu sisi. Kendaraan akan terasa seperti akan berbelok ke arah dimana bodi kendaraan itu miring. Bila tiap roda bagian depan diputar masuk, (toe-in), kendaraan akan mencoba untuk bergerak kearah yang berlawanan dari arah bodi kendaraan miring. Karenanya, kestabilan jalan lurus akan tercapai.

CATATAN : Bila toe-in berlebihan, side slip force menyebabkan aus ban yang tidak seimbang. Bila toe-out lebih besar, maka akan sulit untuk menjaga kestabilan jalan di jalan lurus. Side slip adalah jarak total selip ban kiri dan kanan ke sisi samping saat kendaraan berjalan. Pada kedua kasus toe-in dan camber negatif, side slip terjadi ke arah luar.

6. Turning radius (wheel angle, turning angle)

Turning radius = sudut belok dari roda depan sebelah kanan dan kiri saat menikung. Dengan memberikan sudut belok kanan dan kiri yang berbeda akan mensinkronkan titik pusat putaran untuk keempat rodanya dan dapat meningkatkan stabilitas pengendaraan saat membelok.

Sebagai contoh, pada tipe sistem steering dimana tie rod berada di belakang as, bila knuckle arm kanan dan kiri dinaikkan supaya sejajar dengan garis tengah kendaraan, sudut steering kiri dan kanan akan sama (α = β). Tiap roda akan berbelok pada titik usat yang berbeda (O1 dan O2) bahkan bila roda tersebut mempunyai radius yang sama (r1 = r2), akan terjadi side slip pada salah satu ban.

Tetapi, bila knuckle arm miring dari garis tengah kendaraan, karena roda kiri dan kanan mempunyai sudut belok yang berbeda (α < β), mereka dapat diset untuk menikung dengan radius putar yang berbeda (r1 > r2) dan kira-kira pada titik pusat yang sama (O), sehingga dapat diperoleh sudut kemudi yang benar.

CATATAN : Bila turning radius tidak sesuai, sisi dalam atau luar ban akan selip ke samping saat menikung dan mobil tidak mungkin berbelok dengan halus. Ini juga akan menghasilkan aus yang tidak rata pada sisi ban yang mengalami selip.

7. Pemeriksaan yang diperlukan sebelum pengukuran wheel alignment

Wheel alignment terdiri dari beberapa item seperti camber, caster, steering axis inclination, Toe (toe-angle, toe-in and toe-out), Turning radius (wheel angle, turning angle), dan tiap item berhubungan erat dengan item lainnya. Saat memeriksa dan memperbaiki, penting untuk mempertimbangkan semua item dan bagaimana item-item itu berhubungan satu sama lain.

Sebelum mengukur wheel alignment, setiap faktor yang dapat memberikan pengaruh pada wheel alignment harus dicek dan perbaikan yang diperlukan harus dilakukan. Berikut ini adalah beberapa item yang harus dicek sebelum pengukuran wheel alignment :

• Tekanan angin ban (sesuai kondisi standar)
• Tandai keausan ban yang tidak rata atau adanya ukuran yang berbeda
• Runout ban (radial dan permukaan)
• Kelonggaran ball joint karena aus
• Kelonggaran tie rod karena aus
• Kelonggaran bearing roda karena aus
• Panjang strut bar kiri dan kanan
• Perbedaan wheelbase kiri dan kanan
• Perubahan bentuk atau aus pada bagian-bagian steering linkage
• Perubahan bentuk atau aus pada bagian-bagian yang berhubungan dengan suspensi depan
• Kemiringan bodi dari samping (chassis ground clearance)

Pentingnya penyetelan chassis-ke-ground clearance sebelum pengukuran alignment

Pada kendaraan dengan suspensi depan independen, faktor-faktor wheel alignment akan bervariasi sesuai dengan beban muatan yang dapat merubah bila celah tanah chassis-nya berubah. Oleh karena itu, sangat penting mengetahui berbagai faktor yang menjelaskan wheel alignment berkaitan dengan celah tanah itu. Kecuali bila tidak dijelaskan, lihat Repair Manual, dll

Tes Jalan

Setelah menyetel axle depan, suspensi, steering, dan/atau wheel alignment depan, lakukan tes jalan berikut untuk mengecek hasil penyetelan:

• Berjalan lurus ke depan
  (1) Roda kemudi harus pada posisi benar.
  (2) Kendaraan harus berjalan lurus ke depan pada jalan yang datar..
  (3) Seharusnya tidak terjadi getaran berlebihan pada kemudi.
• Menikung
  Roda kemudi harus dapat dibelokkan dengan mudah pada arah manapun, dan harus kembali ke posisi normal dengan cepat dan halus saat dilepas.
• Pengereman
  Roda kemudi harusnya tidak tertarik ke sisi manapun saat direm pada jalan datar dan halus.
• Pengecekan suara tidak normal
  Seharusnya tidak terdengar suara yang tidak normal selama tes jalan

Demikian sedikit berbagi tulisan yang dapat kami uraikan dalam artikel kali ini. Semoga bermanfaat dan dapat menambah wawasan pembaca sekalian. Terima kasih telah berkunjung, salam otomotif.