1
ANALISA PERILAKU ARAH MOBIL GEA PADA LINTASAN BELOK MENURUN DENGAN VARIASI KECEPATAN, BERAT MUATAN, SUDUT KEMIRINGAN MELINTANG, SUDUT TURUNAN JALAN DAN RADIUS BELOK JALAN Rizqi An Naafi dan J. Lubi Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak— Mobil GEA adalah mobil jenis pick up baru yang diciptakan sebagai mobil multifungsi pedesaan. Medan jalan di pedesaan yang rata-rata berupa tanjakan dan turunan, serta penampang melintang datar maupun miring sering berpotensi menyebabkan kecelakaan karena kendaraan tidak stabil saat berbelok pada jalan menurun.. Pada tugas akhir ini dilakukan analisa terhadap perilaku arah kendaraan mobil GEA jenis pick up dengan lima variabel yang divariasikan, yaitu kecepatan, berat muatan, sudut kemiringan melintang, sudut turunan jalan dan radius belok jalan. Persamaan matematis perilaku arah kendaraan dibangun dari komponen gaya-gaya ditinjau dari sumbu rolling, pitching, dan yawing. Hasil yang didapatkan dari analisa pada tugas akhir ini adalah nilai (a/g)f dan (a/g)r dari beberapa variasi tersebut di atas, serta dapat diketahui apakah kendaraan mengalami understeer atau oversteer. Berdasarkan nilai (a/g)f dan (a/g)r dapat ditentukan besarnya kecepatan maksimum yang diizinkan. Kecepatan maksimum terbesar terjadi pada mobil dengan muatan 780 kg dan sudut turunan jalan 20 , yaitu sebesar 16,67 km/jam . Kecepatan maksimum terkecil terjadi pada mobil dengan muatan 1780 kg dan sudut turunan jalan 45. Hasil ini dapat digunakan untuk memberikan rekomendasi kecepatan untuk pengendara mobil GEA sehingga kendaraan tersebut aman pada saat berbelok pada jalan menurun dan kondisi jalan yang miring.
Kata kunci: understeer, oversteer. I. PENDAHULUAN Seperti yang telah diketahui bahwa mobil merupakan salah satu jenis alat transportasi darat yang digunakan oleh masyarakat luas. Perkembangan teknologi yang semakin pesat membuat berbagai jenis mobil muncul sesuai dengan kebutuhan dan tujuan pengendaranya. Pembuatan mobil baru yang mengikuti kebutuhan para pengendaranya ini juga dilakukan oleh PT. INKA yang memproduksi mobil GEA (Gulirkan Energi Alternatif). Mobil ini adalah jenis mobil multiguna pedesaan. Sesuai dengan jenisnya, mobil GEA digunakan untuk daerah pedesaan. Selain dapat mengangkut penumpang, mobil berjenis pick up ini dapat juga mengangkut sejumlah muatan tertentu. Dimensi mobil yang relatif lebih kecil daripada mobil pick up pada umumnya membuat pengangkutan berbagai muatan seperti hasil pertanian maupun kebutuhan pokok bagi daerah pedesaan menjadi lebih mudah. Daerah pedesaan merupakan daerah dengan profil jalan yang relatif lebih sukar ditempuh oleh kendaraan daripada jalan-jalan yang berada di perkotaan. Di pedesaan
lazim ditemui kondisi jalan berupa tanjakan maupun turunan dengan besar sudut tanjakan atau turunan yang lebih besar daripada di kota. Tanjakan dan turunan jalan ini terdapat baik pada jalan lurus maupun belok. Selain itu terdapat bermacam variasi penampang jalan, mulai dari jalan dengan penampang melintang datar hingga yang miring dengan sudut kemiringan tertentu. Pengetahuan pengendara mengenai cara mengendarai kendaraan yang bermuatan tertentu pada medan jalan pedesaan seperti dijelaskan sebelumnya, khususnya pada jalan belok menurun, menjadi hal yang sangat penting untuk diperhatikan. Mengendarai kendaraan dengan sejumlah muatan pada jalan tersebut menjadi sangat berbahaya jika pengendara tidak tahu berapa jumlah muatan yang diperbolehkan, serta penyusunan dan pengaturan muatan tersebut. Selain itu pengendara harus mengetahui besar kecepatan maksimum yang diizinkan agar mobil tetap aman. Kurangnya pengetahuan pengendara ini bisa berpotensi menimbulkan kecelakaan akibat perilaku arah mobil yang tidak stabil pada medan jalan belok menurun. Pada tugas akhir ini dianalisa perilaku arah mobil GEA pada jalan belok menurun dengan variasi kecepatan, berat muatan, sudut kemiringan melintang, sudut turunan jalan dan radius belok jalan. Analisa perilaku arah kendaraan pada mobil ini menggunakan persamaan matematis pengaruh gaya-gaya yang terjadi pada mobil saat berbelok dengan kondisi jalan menurun dan penampang jalan miring.
II. METODOLOGI PENELITIAN Pada penyusunan Tugas Akhir ini prosedur penelitian dilakukan dalam tiga tahap. Tahap awal dari penelitian ini adalah dilakukan studi literatur mengenai perilaku understeer dan oversteer yang berasal dari buku, jurnal, maupun penelitian terdahulu. Tahap yang kedua adalah penentuan data teknis kendaraan dan data-data variabel yang ingin divariasikan. Data spesifikasi mobil GEA jenis pick up diperoleh dari penelitian sebelumnya oleh Devid Febrianto (Analisa Pengereman Kendaraan Pedesaan Produk Dalam Negeri). Berat total (W) yang digunakan adalah 780 kg, 1280 kg, 1530 kg dan 1780 kg. Kecepatan (V) yang divariasikan adalah 5 km/jam, 10 km/jam, 15 km/jam, 20 km/jam, 25 km/jam dan 30 km/jam. Sudut kemiringan melintang () yang digunakan adalah 5,10 dan 15. Sudut turunan jalan () yang dipakai adalah 20, 30 dan 45. Sedangkan radius belok jalan (R) yang divariasikan adalah 24 m, 32 m, dan 48 m.
2 Tahap ketiga merupakan tahap perhitungan matematis. Setelah didapatkan data spesifikasi dari GEA dan data pendukung lain, dilakukan analisa perilaku understeer dan oversteer. Analisa dilakukan untuk semua variasi berat, kecepatan, sudut kemiringan melintang, sudut turunan jalan dan radius belok jalan yang telah ditentukan sebelumnya. Penentuan posisi titik berat kendaraan dilakukan berdasarkan posisi longitudinal titik berat kendaraan dan posisi tinggi titik berat kendaraan. Dari penguraian gaya-gaya berdasarkan posisi longitudinal maupun posisi tinggi, didapatkan persamaan untuk mencari titik berat kendaraan sebagai berikut:
Wm Wf Wr Wt Wf Wp Wm Lf Lr L p y d z
r
A
hr
B
y
Wf
Wk
c
z
Wm
Wp
hr’
Wr p
lf
hr”
lr d L
Gambar 1. Posisi Longitundinal Titik Berat Kendaraan
= berat muatan = berat depan = berat belakang = Wp + Wk + Wm = berat depan kendaraan saat ditimbang = berat penumpang = berat penumpang = jarak CG ke sumbu roda depan = jarak CG ke sumbu roda belakang = panjang wheelbase = jarak titik berat muatan ke bodi belakang = jarak sumbu roda belakang ke bodi belakang = jarak titik berat muatan ke sumbu roda depan = jarak titik berat muatan ke sumbu roda belakang
= jari-jari ban = sudut dongkrak mobil
= Jarak CG dengan sumbu roda untuk mobil tanpa penumpang dan muatan (660 kg); = Jarak CG dengan sumbu roda untuk mobil dengan dua penumpang (780 kg); = Jarak CG dengan sumbu roda untuk mobil dengan dua penumpang dan muatan 500 kg, 750 kg dan 1000 kg (1280 kg, 1530 kg dan 1780 kg).
Persamaan (a/g)f dan (a/g)r diperoleh dari penguraian gaya pada sumbu pitching, yawing, dan rolling.
h hr
B
Wr.cos Wcos
Wsin A
Wr Wtotal
Wf
Wf.cos
lr
L
Gambar 3. Free Body Diagram sumbu pitching
lf
Gambar 2. Posisi Tinggi Titik Berat Kendaraan
Dimana: Wp Wk
= berat penumpang = berat kendaraan
Gambar 4. Free Body Diagram sumbu yawing
3 CG1 CG2 CG3 CG4
= Center of Gravity untuk Berat Total 780 kg = Center of Gravity untuk Berat Total 1280 kg = Center of Gravity untuk Berat Total 1530 kg = Center of Gravity untuk Berat Total 1780 kg
B. Perhitungan Nilai (a/g)f dan (a/g)r Dari perhitungan berdasarkan (a/g)f dan (a/g)r didapatkan nilai (a/g)f dan (a/g)r untuk variasi kecepatan, berat muatan, sudut kemiringan melintang, sudut turunan jalan dan radius belok jalan. Pada tabel ini ditempilkan contoh tabel nilai (a/g)f dan (a/g)r untuk sudut turunan jalan () 20, sudut kemiringan melintang () 5, dan radius belok jalan (R) 24 meter. Gambar 5. Free Body Diagram sumbu rolling
Tabel 2. Nilai (a/g)f dan (a/g)r untuk 20, 5, dan R 24 m
Kbf dan Kbr merupakan nilai distribusi pengereman aktual berdasarkan dimensi sistem rem mobil GEA. Kbf= 0,77 dan Kbr= 0,23 (Devid Febrianto, 2008, Analisa Pengereman Kendaraan Pedesaan Produk Dalam Negeri). Dari perhitungan matematis didapatkan harga (a/g)f dan (a/g)r. Nilai (a/g)f dan (a/g)r ini selanjutnya digunakan untuk mencari kecepatan maksimum yang diizinkan agar mobil berada pada kondisi normal (tidak understeer maupun oversteer). III. HASIL DISKUSI A. Perhitungan Titik Berat Kendaraan Dari persamaan untuk menentukan posisi titik berat kendaraan, baik dari posisi longitudinal maupun posisi tinggi, didapatkan nilai lf, lr dan h sebagai berikut: Tabel 1. Posisi Titik Berat untuk Berbagai Variasi Muatan
Berdasarkan perhitungan nilai (a/g)f dan (a/g)r di atas, diketahui bahwa sudut kemiringan melintang () dan radius belok jalan (R) memiliki pengaruh yang sangat kecil terhadap besarnya (a/g)f dan (a/g)r sehingga dapat diabaikan. Berikut grafik (a/g)f dan (a/g)r fungsi berat total untuk variasi sudut turunan jalan ():
(a)
Gambar 6. Posisi Center Of Gravity untuk Berbagai Variasi Berat Keterangan:
4
(b)
(c) Gambar 8. Grafik (a/g)f dan (a/g)r fungsi Kecepatan (a) 20; (b) 30; (c) 45
(c) Gambar 7. Grafik (a/g)f dan (a/g)r fungsi Berat Total (a) 20; (b) 30; (c) 45
Sedangkan grafik (a/g)f dan (a/g)r fungsi kecepatan untuk variasi sudut turunan jalan () ditampilkan sebagai berikut:
C. Perhitungan Kecepatan Maksimum Besarnya nilai kecepatan maskimum yang diizinkan berdasarkan analisa perilaku understeer dan oversteer dapat ditentukan dengan menggunakan grafik (a/g)f dan (a/g)r fungsi berat total dan grafik (a/g)f dan (a/g)r fungsi kecepatan. Langkah pertama untuk menentukan besarnya kecepatan maksimum adalah dengan menentukan mencari titik potong (nilai x) trendline grafik (a/g)f dan (a/g)r fungsi berat total untuk keenam variasi kecepatan menggunakan persamaan garis (a/g)f dan (a/g)r. Selanjutnya nilai x dimasukkan kembali ke persamaan garis (a/g)f atau (a/g)r. Nilai-nilai tersebut merupakan harga (a/g) normal. Langkah berikutnya adalah memasukkan harga (a/g) normal ke dalam grafik (a/g)f dan (a/g)r fungsi kecepatan. Titik potong antara trendline (a/g) normal dengan trendline (a/g)f dan (a/g)r berat tertentu merupakan kecepatan maksimum yang diizinkan untuk berat tertentu tersebut. Besarnya kecepatan maksimum untuk variasi berat muatan dan sudut turunan jalan ditampilkan dalam tabel dan grafik berikut ini: Tabel 3. Kecepatan Maksimum yang Diizinkan untuk Variasi Berat Total dan Sudut Turunan Jalan ()
(a)
(b)
Gambar 9. Grafik Kecepatan Maksimum fungsi Berat Total Kendaraan dengan Variasi Sudut Turunan Jalan
5
Dari tabel dan grafik diatas dapat dilihat bahwa besarnya kecepatan yang diizinkan untuk semua variasi berat total menurun seiring dengan bertambahnya sudut turunan jalan. Demikian pula, nilai kecepatan yang diizinkan pada sudut turunan tertentu juga menurun seiring bertambahnya berat total. Data kecepatan pada tabel dan grafik di atas sudah sesuai teori dimana semakin besar berat kendaraan, maka kecepatan yang diperbolehkan semakin kecil. Selain itu, kecepatan yang diizinkan akan mengecil seiring pertambahan sudut turunan jalan. Namun demikian, data kecepatan maksimum untuk kendaraan ini hanya berlaku jika titik berat muatan berada di tengah. Dengan cara pemuatan yang berbeda, letak titik berat akan bergeser sehingga besarnya kecepatan maksimum yang diizinkan agar kendaraan tetap aman dari understeer dan oversteer. IV. KESIMPULAN Dari analisa yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Harga (a/g)f dan (a/g)r menurun seiring pertambahan kecepatan, sudut turunan jalan () dan berat total. Sedangkan besarnya sudut kemiringan meilntang dan radius belok jalan tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap nilai (a/g)f dan (a/g)r; 2. Harga kecepatan maksimum yang diizinkan hasil analisa perilaku understeer dan oversteer menurun seiring pertambahan berat dan sudut turunan jalan; 3. Kecepatan maksimum terbesar terjadi pada berat total 780 kg dan sudut turunan jalan 20, yaitu sebesar 16,67 km/jam. Sedangkan kecepatan maksimum terkecil adalah pada berat total 1780 kg ©dan sudut turunan jalan 45, yaitu sebesar 6,4 km/jam. V. SARAN Berdasarkan analisa-analisa yang telah dilakukan sebelumnya, terdapat beberapa saran untuk pengembangan penelitian ini yaitu:
1. Pada analisa selanjutnya, hendaknya menggunakan variasi kondisi permukaan jalan yang ditunjukkan oleh koefisien adhesi jalan sesuai dengan kondisi sebenarnya dari jalanjalan di pedesaan; 2. Diperlukan analisa perilaku understeer dan oversteer dengan variasi cara pengaturan muatan sehingga menambah rekomendasi kecepatan maksimum yang diizinkan bagi pengendara mobil GEA; 3. Pada analisa selanjutnya, hendaknya dihitung sudut slip roda pada kenyataannya untuk melihat pengaruhnya terhadap perilaku understeer dan oversteer dari mobil GEA. 4. Pelaksanaan pembangunan jalan-jalan di pedesaan hendaknya disesuaikan dengan
standar sudut kemiringan melintang dan radius belok jalan yang telah ditetapkan oleh Departemen Pekerjaan Umum. DAFTAR PUSTAKA [1] Direktorat Jenderal Bina Marga, “Tata Cara Perencanaan Geometrik Jalan Antar Kota”, Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta (1997) [2] Febrianto, Devid, “Analisa Pengereman Kendaraan Pedesaan Produk Dalam Negeri”, Teknik Mesin ITS, Surabaya (2012) [3] Sutantra, I Nyoman, “Teknologi Otomotif Edisi Kedua”, Guna Widya, Surabaya (2010) [4] Zarista, Lungit, “Analisa Sistem Rem pada Mobil Multifungsi Pedesaan”, Teknik Mesin ITS, Surabaya (2012)
