JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, 2 (2012) ISSN: 2301-9271
1
Analisa Perilaku Gerak Belok Mobil Listrik ITS 1 Pradana Setia B.L dan Unggul Wasiwitono Jurusan Teknik Mesin ITS, Fakultas Teknologi Industri Industri,, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected]
Di era modern ini, transportasi memberikan peranan yang sangat penting bagi kehidupan sehari-hari sehari manusia. Mobil merupakan alat transportasi yang sering digunakan di Indonesia. mobil Listrik diciptakan untuk menjawab krisis energi yang disebabkan disebabk semakin berkurangnya cadangan bahan bakar fosil di dunia. Selain dari sisi bahan bakar yang terbarukan, stabilatas kendaraan yang optimal harus diperhatikan. Stabilitas ini menentukan perilaku kendaraan saat berbelok.Pada sa kestabilan arah Tugas Akhir ini dilakukan analisa kendaraan berdasarkan variasi posisi titik berat. Posisi titik berat ini ditentukan dari layout kendaraan. Kemudian dianalisa dari ketiga posisi titik berat berdasarkan nilai understeer index (Kus) terendah. Setelah dipilih rancangan posisi isi titik berat yang paling optimal, selanjutnya dianalisa dengan variasi kecepatan. Analisa kestabilan arah dilakukan pada kecepatan 20 km/jam sampai 80 km/jam dengan sudut belok (δf) 0,010 sampai 300 . Dari analisa ini akan didapatkan perilaku belok dari seluruh layout kendaraan yang memiliki posisi titik berat yang berbeda . Selain itu, didapatkan grafik F VS δf dan Kus VS δf, yang menunjukkan karakteristik kestabilan arah kendaraan. Kata kunci - Electric Vehicle, Stability, Efficiency, Understeer Index, Oversteer, Understeer I. PENDAHULUAN
Dari zaman dahulu, transportasi merupakan bidang terpenting yang mendukung semua segi kehidupan. Saat ini, alat transportasi yang sering digunakan adalah mobil. Dikarenakan adanya isu pemanasan global maka para ilmuwan saat ini mengembangkan mobil dengan bahan bakar ramah lingkungan. Salah satunya dengan mengganti penggerak utama pada mobil yang sebelumnya motor bakar diganti dengan motor listrik. ITS merupakan salah satu perguruan tinggi yang berperandi dalam pengembangan ngan mobil listrik. Teknik Mesin merupakan Jurusan yang ada di ITS yang ikut mengembangkan rangka utama dari mobil listrik ini. didapatkan Melalui hasil penelitian [9] saat steady-state, steady bahwa penempatan rack berdekatan dengan sumbu roda dius belok dari kendaraan yang akan mengurangi radius tabilitas kendaraan mempengaruhi stabilitasnya. Selain itu, Stabilitas ini dipengaruhi beberapa aspek yaitu penjelasan yang lebih mendetail pada gesekan antara ban dan jalan yang diberikan pada [4],, permodelan dinamika kendaraan secara lateral dan longitudinal yang ditemukan pada [5]kontrol dinamika yaw, yaw
[6]gerakan ikatan secara jalur ara lateral untuk menjaga jalur, [7](pengendalian roda depan dan gaya pengereman) dan lainnya Pada rangka utama yang telah dibuat memiliki kekakuan dan kekuatan yang ang baik [8]. Namun, terdapat beberapa kelemahan salah satunya yaitu dimana groud clearance dari kendaraan tersebut sangat kecil sehingga akan membahayakan bila digunakan pada jalanan yang memiliki karakteristik tidak rata dan bergelombang yang dapat menyebabkan babkan kerusakan pada baterai yang diletakkan di dasar rangka utama. Selain itu belum ditentukannya posisi peletakan baterai yang dapat memberikan stabilitas yang paling baik pada saat kendaraan berbelok. II. PERMODELAN DINAMIKA GERAK BELOK A. Perhitungan Pusat titik itik Berat Untuk mngetahui perilaku gerak belok kita harus mengetahui depan bagian berat dan belakang kendaraandenga menggunakan persamaan berikut (1)
Dimana,W adalah berat total kendaraan. a adalah jarak horisontal titik berat rat dengan sumbu roda depan , b adalah jarak horisontal titik berat dengan sumbu roda belakang B. Radius Ackerman Radius Ackerman adalah Radius sementara kendaraan berbelok. Seperti pada gambar berikut:
saat
Gambar 1. kinematika kendaraan berbelok dengan radius rman Ackerman Dari gambar 1 didapatkan persamaan: persamaan (2)
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, 2 (2012) ISSN: 2301-9271 depan Dimana, δf adalah sudut belok roda depan, Untuk mengetahui besarnya sudut slip ke kendaraan dengan menggunakan persamaan: (3) C. Gaya Sentrifugal dan Gaya hambat angin Gaya sentrifugal adalah gaya aya mendorong benda menjauh dari pusat sumbu putarannya. Berikut persamaannya:
(4) Dimana,m adalah massa benda, v adalah kecepatan kendaraan. diakibat oleh Gaya hambat angin adalah gaya yang diakibatkan angin dar depan benda. Berikut persamaannya:
2
Dari gambar diatas didapatkan dari persamaan gaya:
(7)
Dimana,Rrf dan Rrr adalah hambatan rolling roda depan dan roda belakang. E. Sudut Slip Roda Sudut slip roda adalah sudut slip yang dibentuk oleh arah longitudinal roda dengan arah gerakan roda. Roda yang digunakan adalah roda ban radial baru. baru Dari [3] didapat:
(5) Dimana,Cd adalah koefisien drag, ρ adalah massa jenis angin, Af adalah luas frontal kendaraan. (8) D. Gaya normal, gaya longitudinal, dan gaya lateral Gaya normal adalah gaya yang tegak lurus pada masing permukaan benda. Gaya ini terjadi pada masing-masing roda dengan nilai yang berbeda[2]. [2]. Seperti pada persamaan (6) DimanaFL adalah gaya angkat, Fs adalah gaya samping, Mpa adalah momen pitching akibat angin, tr dan tf adalah lebar wheeltread belakang dan depan. Gaya longitudinal adalah gaya yang bekerja pada roda dengan arah sejajar dengan sumbu x,, Gaya lateral adalah gaya yang bekerja pada roda dengan arah sejajar dengan sumbu y.. Kedua gaya ini dapat digambarkan sebagai berikut:
Dimana,Fyα adalah gaya lateral, P adalah tekanan ban, Ps adalah tekanan standar F. Radius belok nyata Radius belok nyata adalah Radius belok dalam kondisi nyata. Pada saat ini roda depan dan roda belakang telah mengalami slip. Seperti yang telah digambarkan
Gambar ambar 2. gaya longitudinal dan gaya lateral [1] Gambar ambar 3. kinematika kendaraan berbelok dengan radius nyata[2] nyata
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, 2 (2012) ISSN: 2301-9271
3
Dari gambar 3 didapatkan persamaan: (9) rata ban roda depan, depan αr Dimana,αf adalah sudut slip rata-rata adalah sudut slip rata-rata roda belakang G. Understeer Index (Kus) Nilai ini digunakan untuk mengetahui perilaku belok kendaraan.. Nilai ini didapat dengan menggunakan persamaan: (b) posisi titik berat layout 2
(10) III. HASIL DAN DISKUSI Pada penelitian kali ini menggunakan kendaraan Mobil Listrik ITS dengan spesifikasi sebagai berikut: a. Wheelbase : 2450 mm b. Track width : 1475 mm c. Panjang kendaraan : 3800 mm d. Lebar kendaraan : 1700 mm e. Tinggi kendaraan : 1510 mm f. Berat kosong : 1000 kg g. Diameter roda : 496 mm h. Kapasitas penumpang : 4 orang i. Kapasitas muat maks : 500 kg menggunakan software CAD kami Dengan mensimulasikan berbagai macam peletakan baterai untuk mencari posisi titik berat. Berikut ut adalah bermacam-macam bermacam layout posisi titik berat:
(c) posisi titik berat layout 3
(d) posisi titik berat layout 4 Gambar 4. Posisi titik berat untuk berbagai layout
(a) posisi titik berat layout 1
Hasil dari simulasi ini tercantum seperti pada tabel berikut: asi Rancangan Posisi Titik Berat Tabel 1 Variasi LAYOUT
1
2
3
4
a b h
1525.18 mm 955.58 mm 687.67 mm
1451.03 mm 1022.92 mm 758.30 mm
1467.22 mm 1006.73 mm 753.18 mm
1482 mm 991.94 mm 744.11 mm
h adalah jarak vertikal titik berat ber dengan Dimana,h permukaan jalan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2012) ISSN: 2301-9271 Setelah itu dengan menggunakan software yang sama, kita mensimulasikan pengaruh kemiringan sudut terhadap ketinggian ground clearance. Hasil dari simulasi tersebut tercantum seperti pada tabel berikut:
LAYOUT 4 0 -5 -10 -15 -20
16,550 341,21 mm 255,8 mm
Kus
Tabel 2. variasi kemiringan suspensi 17,390 kemiringan 19,820 suspensi h 271,30 mm 315,49 mm 128,93 mm 216,91 mm ground clearance
4
-25 -30 -35 -40 -45 -50
Berdasarkan data dari tabel 1, didapatkan grafik Kus pada gambar 4 untuk seluruh layout dengan kecepatan 2080km/jm
0
5
10
15 20 sudut belok (degree)
25
30
(d) Nilai Kus pada Layout 4 Gambar 5. Kus—sudut belok pada masing-masing kecepatan
LAYOUT 1 0 -5
Gambar 5 menunjukkan harga Kus dari keempat layout yang telah ditentukan sebelumnya. Pada Gambar tersebut terlihat bahwa seluruh grafik bernilai minus. sehingga dapat disimpulkan bahwa seluruh layout pada penelitian ini menyebabkan kendaraan memiliki kecenderungan oversteer. Setelah melakukan analisa perilaku gerak belok dengan menggunakan nilai Kus. Selanjutnya melakukan analisa ketahanan guling kendaraan ini dengan grafik gaya normal yang dialami masing-masing roda
-10 -15
Kus
-20 -25 -30 -35 -40 -45 -50
0
5
10
15 20 sudut belok (degree)
25
30
LAYOUT 1 10000
(a) Nilai Kus pada Layout 1
Fz1 Fz2 Fz3 Fz4
9000 8000
LAYOUT 2 0
7000
-5
gaya (N)
6000 -10 -15
Kus
5000 4000
-20
3000
-25 -30
2000
-35
1000
-40
0
0
5
10
-45 -50
0
5
10
15 20 sudut belok (degree)
25
15 20 sudut belok (degree)
25
30
(a) gaya normal pada Layout 1
30
(b) Nilai Kus pada Layout 2
LAYOUT 2 9000
LAYOUT 3
Fz1 Fz2 Fz3 Fz4
8000
0 -5
7000
-10
6000
gaya (N)
-15
Kus
-20 -25
5000 4000
-30
3000
-35
2000
-40
1000 -45 -50
0 0
5
10
15 20 sudut belok (degree)
25
(c) Nilai Kus pada Layout 3
30
0
5
10
15 20 sudut belok (degree)
25
(b) gaya normal pada Layout 2
30
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2012) ISSN: 2301-9271
5
LAYOUT 3 9000 Fz1 Fz2 Fz3 Fz4
8000 7000
DAFTAR PUSTAKA [1]
gaya (N)
6000
[2]
5000 4000
[3] 3000 2000 1000 0
0
5
10
15 20 sudut belok (degree)
25
30
(c) gaya normal pada Layout 3
[4]
LAYOUT 4 10000
[5]
Fz1 Fz2 Fz3 Fz4
9000 8000 7000
[6]
gaya (N)
6000 5000 4000
[7]
3000 2000 1000 0
0
5
10
15 20 sudut belok (degree)
25
30
[8]
(d) gaya normal pada Layout 4 Gambar 6. Gaya normal – sudut belok pada kecepatan 40km/jm Jika diperhatikan pada gambar 6, bahwa roda 1 terangkat terlebih dahulu karena grafik roda 1 menyentuh angka nol terlebih dahulu. Pada layout 1, grafik menyentuh angka nol pada sudut belok yang lebih tinggi dari yang lain sehingga layout 1 memiliki ketahanan guling paling tinggi diantara yg lainnya. IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Berdasarkan pada penilitian ini dapat disimpulkan bahwa Variasi peletakan baterai berdasarkan 4 layout mempengaruhi perilaku belok kendaraan. pada seluruh layout menggambarkan kendaraan cenderung oversteer. Hal ini disebabakan posisi titik berat berada dibelakang. Pada layout 1 memiliki ketahanan guling yang lebih baik daripada layout yang lain karena memiliki harga sudut belok terbesar disaat mulai terguling UCAPAN TERIMA KASIH “Penulis Pradana S.B.L mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia yang telah memberikan dukungan finansial melalui Beasiswa Bidik Misi tahun 2010-2014”.
[9]
WWW.Wikipedia.org Sutantra N & Sampurno B. 2010. TEKNOLOGI OTOMOTIF Edisi Kedua. Surabaya: Guna Widya Rizal Kaunang, Deni. 2013. ANALISA KESTABILAN ARAH PADA KENDARAAN FORMULA “SAPU ANGIN SPEED” BERDASARKAN VARIASI POSISI TITIK BERAT, KECEPATAN DAN TES DINAMIK STUDENT FORMULA JAPAN 2013. Teknik Mesin, ITS Surabaya. H. B. Pacejka Tyre and Vehicle Dynamics, SAE International and Elsevier S. Anwar Generalized predictive control of yaw dynamics of a hybrid brake-by-wire equipped vehicle, Mechatronics, Volume 15, Issue 9, 2005 E. J. Rossetter,J. C. Gerdes Performance guarantees for hazard based lateral vehicle control, ASME Conferencee Proceedings 2002 M. J. L. Boada, B. L. Boada, A. Munoz, V.Diaz Integrated control of front-wheel steering and front braking forces on the basis of fuzzy logic, Journal of Automobile Enggineering, vol. 220, no. 3, 2006 A. Wikarta. Analisa Kakuatan dan Kekakuan Desain Chassis Mobil Listrik Nasional ITS (MOLINA ITS), SNTTM XI Proceedings 2013 U. Wasiwitono Steering System Kinematic and SteadyState Cornering Analysesof the ITS Electric Car, 4th APTECS Proceedings 2013
