Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

Laporan Program DIPA 2008

LAPORAN PENELITIAN PROGRAM TEMATIK PUSAT PENELITIAN TENAGA LISTRIK DAN MEKATRONIK LEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIA TAHUN ANGGARAN 2008 JUDUL KEGIATAN:

Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

Oleh : Kadek Heri Sanjaya Sunarto Kaleg Kristian Ismail Muhammad Redho Kurnia Puji Widiyanto Bambang Wahono

Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

1


DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI

2

DAFTAR GAMBAR

4

DAFTAR TABEL

6

KATA PENGANTAR

7

ABSTRAK

8

BAB I. PENDAHULUAN

9

1.1 Latar Belakang

9

1.2 Perumusan Masalah

12

1.3 Kerangka Analitik

16

1.4 Metodologi

18

1.5 Faktor Resiko Keberhasilan

20

1.6 Hasil Penelitian

20

1.7 Outcome dan Output

22

BAB II. LANDASAN TEORI

23

2.1 Rekayasa Pengembangan Otomotif

23

2.2 Penentuan Dimensi Kendaraan

24

2.2.1 Ergonomi Kendaraan

24

2.2.2 Tata Letak Komponen

28

2.2.3 Aerodinamika

29

2.2.4 Parameter dalam Styling

30

2.3 Tinjauan Pustaka tentang Sistem Sasis dan Knstruksi Bodi Kendaraan 31 2.3.1 Sasis Mobil Hibrid Tipe Seri

31

2.3.2 Suspensi Mobil Hibrid Tipe Seri

36

BAB III. PEMBAHASAN

42

3.1 Perancangan dan Pembuatan Purwarupa Mobil Hibrid Seri Generasi II 3.1.1 Penentuan Dimensi Purwarupa Generasi II A. Perbandingan Dimensi dan Analisis Anthropometri Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

42 42 42 2


B. Tata Letak Komponen

48

C. Dimensi Purwarupa Generasi II

50

3.1.2 Perancangan dan Pembuatan Sasis Purwarupa Generasi II

51

A. Perancangan Sasis Purwarupa Generasi II

51

B. Pembuatan Sasis Purwarupa Generasi II

56

3.1.3 Perancangan dan Pembuatan Bodi Purwarupa Generasi II

58

A. Pengembangan Deasin Bodi Purwarupa Generasi II

58

B. Pembuatan Bodi Purwarupa Generasi II

62

3.1.4 Pengembangan Sistem Manajemen Energi Hibrid

66

3.2 Evaluasi Desain Purwarupa Mobil Hibrid Seri Generasi II

68

3.3 Perancangan Sasis Purwarupa Mobil Hibrid Seri Generasi III

69

BAB IV. KESIMPULAN DAN SARAN

72

4.1 Kesimpulan

72

4.2 Saran

75

UCAPAN TERIMA KASIH

76

DAFTAR PUSTAKA

77

LAMPIRAN

78


3


DAFTAR GAMBAR Gambar 1

Konfigurasi mobil hibrid sistem seri

15

Gambar 2

Konfigurasi mobil hibrid sistem paralel

15

Gambar 3

Workstation pengemudi Sedan menurut Sanders dan McCormick

25

Gambar 4

Dimensi tempat duduk menurut Pheasant (2003)

25

Gambar 5

Ruang kaki

27

Gambar 6

Beberapa bentuk geometri dan koefisien drag

30

Gambar 7

Bentuk rangka tangga

32

Gambar 8

Bentuk rangka silang atau cruciform

33

Gambar 9

Bentuk rangka tulang belakang

33

Gambar 10

Bentuk rangka perimeter

34

Gambar 11

Bentuk rangka sebagian

34

Gambar 12

Bentuk rangka ruang atau rangka space

35

Gambar 13

Bentuk rangka menyatu atau struktur terintegrasi

35

Gambar 14

Suspensi depan jenis McPherson

37

Gambar 15

Bentuk suspensi batang puntir

38

Gambar 16

Gear Box Recirculating Ball

39

Gambar 17

Ilustrasi parameter beban dan arah beban pada mobil

40

Gambar 18

Ilustrasi kesetimbangan momen untuk mendapatkan hBo

40

Gambar 19

Perbandingan dimensi mobil kecil

44

Gambar 20

Workstation pengemudi Sedan menurut Sanders and McCormick

46

dan menurut Woodson Gambar 21

Ruang kaki penumpang dan ruang penumpang tampak samping

47

Gambar 22

Grafik beban bending purwarupa generasi II

49

Gambar 23

Grafik hubungan beban dan jarak

49

Gambar 24

Simulasi CAD untuk dimensi dan tata letak komponen

50

Gambar 25

Ilustrasi parameter beban dan arah beban pada mobil (repro

52

Gambar 17) Gambar 26

Desain rangka utama dan tempat baterai menggunakan CAD

54

Gambar 27

Desain assembly sasis menggunakan CAD

55


4


Gambar 28

Pengukuran desain menggunakan CAD

55

Gambar 29

Pembuatan sasis purwarupa generasi II secara manual

57

Gambar 30

Struktur sasis purwarupa generasi II

57

Gambar 31

Image Chart mobil kecil

58

Gambar 32

Image Chart mobil konsep

59

Gambar 33

Alternatif desain eksterior 1

60

Gambar 34


60

Gambar 35


60

Gambar 36


61

Gambar 37

Alternatif desain interior 1

61

Gambar 38

Alternatif desain interior 2

61

Gambar 39

Sketsa eksterior yang dipilih untuk desain final

62

Gambar 40

Pembuatan rangka bodi dalam CAD dan penerapannya pada

63

pembuatan bodi Gambar 41

Bodi mobil dari pelat yang belum dilapisi dempul maupun cat

63

Gambar 42

Bodi mobil yang sudah dicat dasar warna hitam

64

Gambar 43

Pembuatan dashboard mobil

65

Gambar 44

Interior pada stasiun kerja pengemudi

65

Gambar 45

Purwarupa Generasi II setelah penyelesaian interior

65

Gambar 46

Interior purwarupa generasi II dari beberapa sudut

66

Gambar 47

Flowchart manajemen energi hibrid seri

67

Gambar 48

Pengujian Sistem Penggerak dan Manajemen Energi

68

Gambar 49

Sasis Generasi III dan model Equivalent Stress Test

70

Gambar 50

Pembuatan Sasis Purwarupa Generasi III

70

Gambar 51

As Roda belakang (kiri) dan mounting pegas daun pada rangka

71

sasis Gambar 52

Sketsa alternatif desain bodi purwarupa generasi III


71

5


DAFTAR TABEL Tabel 1

Jenis Polusi dan kaitannya dengan motor bakar

10

Tabel 2

Letak komponen berdasarkan jarak dari ujung depan dan beban

48

Tabel 3

Spesifikasi dari Suzuki Realvan

54


6


KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, akhirnya laporan kegiatan ini yang diberi judul “Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan dan Hemat Energi dengan Konsep Hibrid Car”, sudah berada dalam tahap penyelesaian. Laporan ini dibuat untuk memberi gambaran secara menyeluruh dari kegiatan penelitian dan pengembangan “Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan dan Hemat Energi dengan Konsep Hibrid Car” yang dilaksanakan di Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik-LIPI, khususnya pada pelaksanaan kegiatan di tahun 2008. Laporan ini berisi tentang proses perancangan purwarupa mobil hibrid, meliputi manajemen energi, perancangan sasis dan bodi mobil, terutama dalam kaitan dengan penyelesaian purwarupa mobil hibrid kedua dan re-desainnnya. Karena laporan ini dibuat saat purwarupa sedang dibangun, maka data yang dimasukkan dalam laporan ini tidak bisa dikatakan lengkap. Beberapa kajian tentang uji kinerja mobil belum bisa dilaksanakan dikarenakan sistem penggerak mobil hibrid ini masih dalam tahap instalasi. Tetapi meskipun begitu laporan ini kiranya bisa menjadi representasi kegiatan ini yang bisa dibaca dan diberikan masukan untuk memperbaiki kekurangan-kekurangan yang ada.

Peneliti Utama

(Kadek Heri Sanjaya) NIP. 320007335


7


ABSTRAK Tuntutan akan keserasian sistem kendaraan, manusia, dan lingkungan merupakan respon global atas kesadaran dan kepedulian manusia yang semakin tinggi akan kebutuhan kendaraan serta dampak negatif yang ditimbulkan oleh pengoperasian kendaraan terhadap kesehatan lingkungan. Sejalan dengan kepedulian manusia yang semakin tinggi akan kesehatan lingkungan serta semakin ketatnya batasan-batasan maksimum untuk emisi gas buang kendaraan bermotor dan mengingat fakta makin menyusutnya cadangan minyak bumi dunia sebagai akibat perkembangan jumlah kendaraan yang cenderung selalu meningkat yang menyebabkan semakin bertambahnya tingkat konsumsi bahan bakar minyak (kurang lebih 60% bahan bakar minyak digunakan untuk kendaraan bermotor), maka arah pengembangan teknologi sistem kendaraan dimaksudkan untuk mengatasi masalah global seperti mengurangi emisi gas buang, mengurangi konsumsi bahan bakar, serta menurunkan biaya operasi kendaraan. Berdasarkan kenyataan tersebut diatas, maka tugas utama industri otomotif dunia dan lembaga penelitian dalam proses pengembangan kendaraan adalah meningkatkan teknologi kendaraan melalui optimasi sistem kendaraan dan komponen kendaraan. Dengan melihat masing-masing keunggulan dan kelemahan dari beberapa alternatif pilihan teknologi pengembangan sistem kendaraan, maka teknologi sistem kendaraan hibrid merupakan jenis kendaraan yang cukup menjanjikan untuk dikembangkan terutama dalam rangka mengatasi tuntutan penghematan energi bahan bakar dan penurunan tingkat emisi gas buang serta penurunan biaya operasi kendaraan. Aspek kelayakan kegiatan rancang bangun kendaraan hibrid adalah konsumsi bahan bakar dapat ditekan hingga 30% - 50%, penggunaan pengereman regeneratif yang dapat memulihkan energi, dapat menutupi kelemahan kendaraan listrik, motor bakar dan baterai jauh lebih kecil, dan tidak membutuhkan pengisian baterai dari luar serta tidak membutuhkan infrastruktur recharge. Pada tahun 2005 dan 2006 telah dilakukan kegiatan penelitian kendaraan hibrid dan alat uji kendaraan. Penelitian ini difokuskan pada desain dan pembuatan purwarupa generasi I kendaraan hibrid seri dan alat pengujiannya. Pada kegiatan tahun 2007 dan 2008 dilakukan pembuatan purwarupa generasi II dengan re-desainnya yang nantinya diharapkan menjadi basis purwarupa generasi III, serta tetap melakukan pengujian komponen seperti speed control memakai purwarupa generasi I sebagai landasan uji. Penguasaan teknologi sistem kendaraan hibrid diharapkan dapat mewujudkan kendaraan nasional yang harmonis yang mampu melayani keinginan masyarakat sekaligus menjaga keamanannya sehingga tercipta keserasian sistem kendaraan, manusia dan lingkungannya. (Kata kunci : kendaraan hibrid,

ramah lingkungan, hemat energi, reverse

engineering)


8


BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pencemaran udara di Indonesia merupakan masalah yang serius dalam beberapa tahun terakhir terutama di kota-kota besar. Data penelitian menunjukkan bahwa lebih dari 80% pencemaran udara yang terjadi di kota-kota besar di Indonesia disebabkan oleh kendaraan bermotor. Berdasarkan beban pencemaran, pencemaran oleh emisi gas buang dari kendaraan bermotor dan emisi dari kegiatan industri merupakan sumber pencemar utama di beberapa kota besar di Indonesia. Penelitian yang telah dilakukan oleh JICABAPEDAL pada tahun 1995-1996 menunjukkan bahwa konstribusi emisi gas buang kendaraan bermotor untuk parameter Nox di Jabotabek sebesar 70%, sedangkan emisi karbonmonoksida (CO) dan hidrokarbon (HC) mencapai lebih dari 90%. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan di Jakarta pada tahun 1994 – 1998 menunjukkan bahwa kadar timbal di udara ambient di Jakarta telah melewati batas ambang yang ditetapkan oleh WHO. Dalam tahun 1994 – 1998 kadar timbal di udara ambient adalah 0,2 – 1.8 ug/m3, kadar timbal ini diperkirakan akan meningkat sejalan dengan pertumbuhan jumlah kendaraan bermotor. Sedangkan standar timbal menurut WHO untuk udara ambient adalah 0.5 – 1 ug/m3, namun melihat besarnya dampak timbal bagi kesehatan manusia karena efek komulatif timbal dalam darah maka WHO menyarankan agar standar timbal di udara ambient adalah 0 ug/m3. Peningkatan emisi gas buang akan meningkatkan kandungan zat-zat yang cukup berbahaya di dalam udara bebas, seperti Pb (timah hitam) yang merupakan unsur logam yang apabila terhirup oleh manusia dapat menjadi racun yang berbahaya bagi kesehatan. Unsur Pb dalam tubuh manusia dapat menimbulkan gangguan pernapasan, sakit punggung, dan dapat mengakibatkan penurunan tingkat kecerdasan anak. Emisi CO (carbon monoksida) dapat mengurangi sirkulasi oksigen dalam darah dan hidrokarbon (HC) yang dapat menimbulkan iritasi mata serta dapat menyebabkan gangguan pada saluran pernapasan. Berdasarkan studi yang dilakukan oleh Bank Dunia, penduduk DKI diperkirakan telah mengeluarkan dana sekitar USD 250 juta


9


untuk biaya pemeliharaan kesehatan akibat pencemaran udara dari kendaraan bermotor. Dari segi lingkungan, emisi gas buang motor bakar terutama kendaraan bermotor merupakan penyebab utama polusi yang terjadi di atmosfir sebagaimana diperlihatkan pada tabel di bawah ini. Tabel 1. Jenis polusi dan kaitannya dengan motor bakar Jenis Polusi

Penyebab Utama

Keterkaitan Motor Bakar

lead

Anti Knock Compond

A

Carcniogens

Diesel exhaust

A

Sulphur Dioxide

B

Oxides of Nitrogen

A

Unburned Hydrocarbons

A

Carbon Monoxide

A

CFCs

N

Carbon Monoxide

B

Methane

N

Carbon Monoxide

A


A

Sulphur Dioxide

B

Oxides of Nitrogen

A

CFCs

N


A

Oxides of Nitrogen

B

Acid Rain

Global warming

Smog

Ozone depletion

Keterangan: A = Penyebab utama B = Penyebab kedua N = Tidak terkait Berdasarkan kenyataan tersebut diatas, maka tugas utama industri otomotif dunia dan lembaga penelitian dalam proses pengembangan kendaraan adalah meningkatkan teknologi kendaraan melalui optimasi sistem kendaraan dan komponen kendaraan. Arah optimasi teknologi sistem kendaraan dan komponen kendaraan mengacu pada beberapa alternatif pilihan teknologi yang meliputi peningkatan efisiensi sistem


10


penggerak konvensional, penggunaan bahan bakar alternatif, penggunaan sistem penggerak alternatif serta design for low transported mass. Pengembangan sistem kendaraan yang didasarkan pada bahan bakar dapat dilakukan dengan penggunaan bahan bakar alternatif seperti Natural Gas, Methanol, Ethanol,

Hydrogen, dan Biodiesel dengan menggunakan sistem penggerak

konvensional. Penggunaan bahan bakar gas memberikan keuntungan antara lain biaya bahan bakar yang lebih murah, jaminan suplai dan pemanfaatan sumber daya energi dengan lebih baik, tingkat polusi emisi dan kebisingan yang lebih rendah, dan

ongkos

perawatan serta operasi kendaraan yang lebih rendah. Namun sampai saat ini masih banyak keterbatasan dalam pengoperasian, terutama jarak tempuh kendaraan hingga harus dilakukan pengisian kembali bahan bakar, sementara tempat pengisian masih sangat terbatas dan waktu pengisian bahan bakar yang masih cukup lama serta proses pengisian bahan bakar yang masih cukup sulit dilakukan. Selain itu masih membutuhkan bahan bakar minyak untuk start awal hingga mencapai suatu kondisi yang memungkinkan bahan bakar gas beroperasi. Hal yang sama dihadapi untuk kendaraan berbahan bakar biodiesel, selain biaya bahan bakar biodiesel yamg cukup mahal, juga masih membutuhkan campuran bahan bakar minyak. Optimasi sistem penggerak kendaraan dapat dilakukan dengan dua cara yaitu meningkatkan efisiensi sistem penggerak konvensional (VVA – CIDI – VCR – Controlled Auto Ignition – CVT’s) dan penggunaan sistem penggerak alternatif (Alternative Power Sistems) seperti sistem penggerak listrik, hibrid, dan fuel cell. Kendaraan dengan sistem penggerak listrik tidak mengeluarkan emisi dan efisien, tetapi di batasi oleh kapasitas penyimpanan sumber tenaga listrik (baterai) menyebabkan kendaraan listrik sangat dibatasi oleh jarak tempuh. Kendala baterai adalah bagaimana membuat baterai dengan ukuran yang sekecil mungkin dan mampu menyimpan energi yang sebesar mungkin dengan waktu pengisian yang singkat (setara dengan waktu pengisian bahan bakar kendaraan konvensional – kurang dari 10 menit). Kendaraan dengan sistem penggerak fuel cell merupakan generasi kendaraan yang paling menjanjikan karena yang dikeluarkan adalah air, namun dalam operasi


11


secara normal diperlukan ruang dengan temperatur rendah, serta biaya proses pembuatan hydrogen masih cukup tinggi. Kendaraan dengan sistem penggerak hibrid merupakan calon kendaraan yang paling praktis dalam rangka mengurangi konsumsi bahan bakar minyak dan emisi gas buang serta biaya operasi kendaraan. Jenis kendaraan ini merupakan perpaduan antara penggerak konvensional dan penggerak elektrik. Sistem hibrid merupakan sistem peralihan yang mengarah pada teknologi otomotif yang efisien dan bersih. Sistem ini masih mengeluarkan polusi tapi relatif rendah karena tenaga penggeraknya merupakan gabungan mesin berbahan bakar minyak dengan motor listrik. Selain itu ukuran mesin konvensional yang digunakan jauh lebih kecil dibandingkan dengan kendaran dengan sistem penggerak konvensional. Dengan melihat masing-masing keunggulan dan kelemahan dari beberapa alternatif pilihan teknologi pengembangan sistem kendaraan diatas, maka teknologi sistem kendaraan hibrid merupakan jenis kendaraan yang cukup menjanjikan untuk dikembangkan terutama dalam rangka mengatasi tuntutan penghematan energi bahan bakar dan penurunan tingkat emisi gas buang serta penurunan biaya operasi kendaraan.

1.2 Perumusan Masalah Sejalan dengan kepedulian manusia yang semakin tinggi akan kesehatan lingkungan serta semakin ketatnya batasan-batasan maksimum untuk emisi gas buang kendaraan bermotor dan mengingat fakta makin menyusutnya cadangan minyak bumi dunia sebagai akibat perkembangan jumlah kendaraan menyebabkan bertambahnya konsumsi bahan bakar minyak (kurang lebih 60% bahan bakar minyak digunakan untuk kendaraan bermotor) dan secara otomatis menyebabkan bertambahnya tingkat polusi udara akibat emisi gas buang kendaraan bermotor, maka pengembangan teknologi sistem kendaraan dimaksudkan untuk mengatasi masalah global seperti mengurangi emisi gas buang, mengurangi konsumsi bahan bakar, serta menurunkan biaya operasi kendaraan. Berdasarkan kenyataan tersebut, dapat dipastikan bahwa industri otomotif dunia dituntut untuk menghasilkan motor bakar dengan tingkat efisiensi termal yang tinggi sehingga konsumsi bahan bakar dapat ditekan seekonomis mungkin dan menghindari Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

12


penggunaan bahan bakar yang mengandung unsur berbahaya serta harus segera melakukan inovasi sistem transportasi yang harmonis. Tuntutan akan sistem transportasi yang harmonis merupakan tugas utama dalam proses pengembangan kendaraan untuk meningkatkan teknologi sistem kendaraan. Proses yang dimaksud adalah optimasi sistem kendaraan dan komponen kendaraan dalam rangka mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang serta meningkatkan performance dan menurunkan biaya operasi kendaraan pada waktu yang sama. Beberapa alternatif pilihan teknologi sistem kendaraan yang dapat diterapkan dalam rangka proses pengembangan sistem kendaraan yang pada intinya didasarkan pada sistem penggerak, bahan bakar, dan material. Pengembangan sistem kendaraan yang didasarkan pada bahan bakar dapat dilakukan dengan penggunaan bahan bakar alternatif seperti Natural Gas, Methanol, Ethanol, Hydrogen, dan Biodiesel dengan menggunakan sistem penggerak konvensional. Seperti disebutkan pada bagian terdahulu, kendaraan hibrid merupakan calon kendaraan yang paling praktis dalam rangka mengurangi konsumsi bahan bakar minyak dan emisi gas buang. Jenis kendaraan ini merupakan perpaduan antara penggerak konvensional dan penggerak elektrik. Sistem hibrid merupakan sistem peralihan yang mengarah pada teknologi otomotif yang efisien dan bersih. Sistem ini masih mengeluarkan polusi tapi relatif rendah karena mesinnya merupakan gabungan motor berbahan bakar minyak dengan sistem motor listrik. Selain itu ukuran motor bakar konvensional yang digunakan jauh lebih kecil dibandingkan dengan kendaran dengan sistem penggerak konvensional. Tenaga penggerak utama mobil ini adalah motor listrik dengan magnet permanen yang membutuhkan tenaga listrik dalam jumlah tertentu yang berasal dari baterai. Sedangkan tenaga penggerak yang menggunakan bahan bakar minyak hanya diperlukan jika tenaga baterai sudah menurun, motor bakar ini dibutuhkan untuk mengisi listrik baterai, setelah listriknya penuh mesin ini akan berhenti sendiri. Dengan demikian pemakaian bahan bakar menjadi lebih sedikit dan dengan sendirinya polusinya akan lebih sedikit. Dengan demikian, maka kendaraan hibrid merupakan jenis kendaraan yang cukup menjanjikan terutama dalam mengatasi tuntutan penghematan energi bahan bakar dan Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

13


penurunan tingkat emisi gas buang serta menurunkan biaya operasi kendaraan. Hal ini berarti bahwa arah teknologi kendaraan yang mampu melayani keinginan manusia sekaligus menjaga keamanannya merupakan wujud yang sangat harmonis sehingga tercipta keserasian sistem kendaraan, manusia dan lingkungannya. Kendaraan dengan sistem penggerak hibrid menggunakan bahan bakar yang lebih efisien dan ramah lingkungan (environment friendly) dibandingkan dengan kendaraan konvensional yang hanya menggunakan motor bakar sebagai sistem penggerak. Kendaraan dengan sistem penggerak hibrid dibagi dalam dua jenis sistem, yaitu sistem seri dan sistem parallel. Adapun konfigurasi masing-masing sistem dapat dilihat pada gambar 1 dan gambar 2. Hibrid dengan konfigurasi sistem seri tidak mepunyai hubungan mekanis langsung antara unit penggerak hibrid dan roda kemudi. Semua daya gerak ditransfer dari energi kimia ke daya mekanis, ke tenaga elektris, dan kembali ke daya mekanis untuk menggerakkan roda kemudi. Beberapa keuntungan konfigurasi sistem seri adalah: Motor bakar tidak pernah langsam, sehingga mengurangi emisi kendaraan. Motor bakar hanya berfungsi

menggerakkan generator sehingga dapat

dioperasikan pada titik optimumnya. Desain mempertimbangkan berbagai pilihan ketika memasang motor bakar dan komponen kendaraan Beberapa konfigurasi hibrid sistem seri tidak memerlukan suatu transmisi Kekurangan sistem ini adalah motor bakar bekerja lebih berat untuk menjamin ketersediaan energi dalam baterai dan membutuhkan ukuran baterai yang lebih besar sehingga beban kendaraan lebih besar karena pada sistem ini motor bakar dan motor listrik tidak beroperasi parallel.


14


Gambar 1. Konfigurasi mobil hibrid sistem seri

Gambar 2. Konfigurasi mobil hibrid sistem paralel

Kendaraan hibrid dengan konfigurasi sistem paralel mempunyai hubungan mekanis lansung antara unit penggerak hibrid dan roda kemudi, seperti halnya pada kendaraan konvensional tetapi juga mempunyai motor listrik yang menggerakkan roda kendaraan. Motor bakar hanya digunakan pada saat kecepatan kendaraan konstan dan motor listrik digunakan untuk mempercepat dan pada saat jalan tanjakan. Oleh karena itu kendaraan hibrid dengan konfigurasi sistem paralel mempunyai beberapa keuntungan antara lain adalah: Kendaraan mempunyai tenaga lebih sebab motor bakar dan motor listrik

menyediakan tenaga secara serempak. Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

15

Laporan Program DIPA 2008 Umumnya sistem ini tidak memerlukan suatu generator terpisah sebab motor

dapat bertindak sebagai generator untuk mengisi energi pada baterai. Kendaraan lebih efisien karena tenaga secara langsung dikopel ke roda

kendaraan. Kombinasi alternator – starter- "flywheel" merupakan pertimbangan yang sangat esensial dari motor listrik yang secara elektronik dapat menyeimbangkan motor bakar, start motor bakar, dan mengambil tenaga dari motor bakar ke listrik, sehingga hal ini dapat menyediakan tenaga ekstra pada sistem penggerak ketika tenaga dibutuhkan untuk tanjakan atau akselerasi cepat.

1.3 Kerangka Analitik Kendaraan hibrid - elektrik (Hibrid electric vehicles /HEVs) adalah merupakan jenis kendaraan yang mengkombinasikan motor bakar dari kendaraan konvensional dengan baterai dan motor listrik dari kendaraan listrik. Kombinasi ini dimaksudkan untuk saling menutupi kelemahan yang ada pada kendaraan konvensional dan kendaraan elektrik atau dengan kata lain menggabungkan kelebihan yang dimiliki kendaraan konvensional dengan kelebihan yang dimiliki kendaraan listrik. Evolusi kendaraan hibrid adalah merupakan kompromi teknologi kendaraan konvensional dan teknologi kendaraan listrik yang bertujuan untuk mengurangi emisi gas buang dan konsumsi bahan bakar pada kendaraan konvensional dan meningkatkan jarak tempuh serta mempersingkat dan memudahkan waktu pengisian energi pada kendaraan listrik. Keunggulan praktis yang dimiliki teknologi kendaraan hibrid meliputi peningkatan ekonomi bahan bakar dan penurunan emisi gas buang dibandingkan dengan kendaraan konvensional. Sistem penggerak kendaraan hibrid merupakan pilihan teknologi yang dapat menutupi kelemahan teknologi kendaraan listrik, khususnya

teknologi

baterai

yang

sampai

saat

ini

hanya

mampu

menyimpan/menyediakan energi yang hanya cukup untuk menempuh perjalanan singkat (local trip). Keunggulan lain dari kendaraan hibrid adalah mempunyai sambungan mekanik langsung antara engine dan roda kemudi seperti halnya pada kendaraan konvensional dan juga mempunyai motor listrik yang menggerakkan roda kemudi secara serempak. Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

16


Oleh karena itu kendaraan hibrid dapat menggunakan tenaga yang relatif konstan yang dihasilkan oleh motor bakar untuk kecepatan konstan dan tenaga motor listrik hanya digunakan untuk percepatan dan perlambatan. Esensinya adalah bahwa motor listrik kendaraan hibrid dapat secara elektronik menyeimbangkan engine (berfungsi sebagai flywheel elektronik), mengidupkan motor bakar, dan mengkonversi tenaga motor bakar menjadi tenaga listrik, serta dapat juga menyediakan tenaga ekstra untuk drivetrain untuk jalan tanjakan dan percepatan. Prinsip dasar kendaraan hibrid dalam menurunkan emisi gas buang dan konsumsi bahan bakar adalah karena engine yang digunakan jauh lebih kecil dibandingkan dengan kendaraan konvensional sehingga motor bakar kendaraan hibrid jauh lebih efisien dari pada kendaraan konvensional. Beberapa alasan yang menyebabkan motor bakar yang kecil jauh lebih efisien dibanding motor bakar yang lebih besar adalah: motor bakar yang besar lebih berat dibanding motor bakar yang kecil,

sehingga kendaraan menggunakan energi ekstra setiap kali melakukan percepatan dan pada saat tanjakan. Motor bakar yang besar mempunyai piston dan komponen internal yang lain

adalah lebih berat, sehingga membutuhkan energi lebih setiap kali komponen tersebut bergerak naik turun di dalam silinder. Motor bakar yang besar mempunyai volume langkah silinder yang lebih

besar, sehingga masing-masing silinder memerlukan bahan bakar yang lebih banyak. Motor bakar yang lebih besar pada umumnya mempunyai jumlah silinder

lebih banyak dan masing-masing silinder menggunakan bahan bakar setiap kali pembakaran, sekalipun mobil sedang tidak bergerak. Di samping motor bakar lebih kecil, lebih efisien, kendaraan hibrid menggunakan beberapa trik dalam rangka meningkatkan efisiensi bahan bakar melalui: pengembalian energi dan menyimpannya di baterai, mematikan motor bakar, reduksi gaya seret melalui aerodinamik, ban dengan tahanan rolling kecil, dan penggunaan material yang ringan. Dengan melihat kelemahan masing-masing teknologi kendaraan konvensional dan kendaraan listrik, maka penerapan teknologi kendaraan hibrid merupakan pilihan Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

17


teknologi terbaik untuk jangka pendek dan menengah dalam rangka menangani persoalan nasional dan global di bidang peralatan transportasi.

1.4 Metodologi Dalam penelitian ini, pelaksanaan kegiatan dilakukan dengan metodologi sebagai berikut: Pengumpulan Data Pada tahap ini dilakukan pengkajian seluruh data untuk kebutuhan desain sistem, baik melalui pengujian komponen pendukung sistem, yang meliputi komponen mekanik, elektrik, dan elektronik/unit kontrol sistem maupun pemodelan sistem dengan simulasi komputer. Desain Sistem engine and powetrain Pada tahap ini dilakukan kajian filosofi tentang desain sistem pengintegrasian motor bakar (penggerak konvensional) ke dalam sistem penggerak hibrid. Kegiatan ini mencakup sistem pemilihan motor bakar, optimasi motor bakar, desain dan rancang bangun engine control unit, dan desain pengintegrasian sistem ke sistem hibrid. Pelaksanaan kegiatan akan dilakukan dengan metode simulasi dan pengujian yang didasarkan pada hasil pengupulan pada tahap awal. Kegiatan ini melibatkan software BOOST dan CRUISE yang ada di Lab. Motor Bakar Telimek LIPI. Desain Sistem controls and power sistems Pada tahap ini dilakukan kajian filosofi kontrol and power sistem yang menitikberatkan pada penciptaan strategi kontrol yang ideal untuk mengontrol motor bakar dan motor listrik agar mencapai efisiensi yang maksimum dan emisi gas buang yang rendah. Salah satu komponen sistem adalah throttle contoller yang akan mendeteksi posisi pedal gas, melalui sistem kontrol, untuk mengendalikan output motor bakar. Kegiatan ini juga melibatkan pengintegrasian dari berbagai sub-sistem yang terdiri dari sistem manajemen baterai, data aqusisi, telematik, dan beberapa monitoring sensor yang dikontrol oleh microcontroller dalam suatu area pengontrol jaringan yang akan menyediakan jaringan interface antara sub-sistem. Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

18


Desain Sistem Sasis, Bodi, dan Suspensi Pada tahap ini dilakukan kajian filosofi tentang struktur komponen sasis, bodi, dan suspensi kendaraan hibrid. Beberapa parameter yang akan menjadi acuan dalam pelaksanaan kegiatan ini adalah beban struktur kendaraan, kenyamanan, dan keamanan penumpang. Kegiatan ini melibatkan software desain dalam menganalisa struktur sistem sasis, bodi, dan suspensi sebagai suatu kesatuan dalam bentuk modeling 3-D. Simulasi Sistem Kendaraan Simulasi sistem kendaraan akan dilakukan dengan mengintegrasikan hasil desain sistem engine and powertain, control and power sistems, dan sistem sasis, bodi, suspensi. Kegiatan ini melibatkan software ADVISOR/CRUISE yang berfungsi untuk menganalisis kinerja hasil desain sistem kendaraan hibrid. Evaluasi Desain Sistem Kendaraan Pada tahap ini evaluasi desain dimaksudkan untuk menganalisis seluruh data hasil simulasi sistem serta performance dari setiap komponen pendukung dalam satu kesatuan sistem kendaraan. Optimasi Desain Sistem Kendaraan Pada tahap ini optimasi desain dilakukan berdasarkan data hasil kaji ulang pada tahap evaluasi desain. Kegiatan ini dimaksudkan untuk mendapatkan hasil desain yang optimal. Purwarupa Desain Sistem Kendaraan Pada tahap ini akan dilakukan purwarupa desain dalam bentuk blue print sistem kendaraan hibrid. Semua sistem pendukung akan dibuat sedetail mungkin dan akan menjadi acuan dalam penerapan purwarupa sistem kendaraan hibrid. Desain Sistem Pengujian Kendaraan Hibrid Kegiatan desain sistem pengujian meliputi standard dan prosedur pengujian serta persyaratan sarana dan prasarana minimum yang dibutuhkan untuk pengujian sistem kendaraan hibrid. Pembuatan Sistem Pengujian Kendaraan Hibrid Kegiatan ini merupakan kebutuhan mutlak untuk sebuah lembaga penelitian yang bertujuan untuk memvalidasi hasil purwarupa sistem Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

kendaraan. Pembuatan 19


sarana sistem pengujian kendaraan hibrid didasarkan pada hasil desain sistem pengujian yang dilakukan pada tahap sebelumnya.

1.5 Faktor Resiko Keberhasilan Faktor resiko keberhasilan adalah sumber daya manusia yang dimiliki oleh Puslit Telimek yang terdiri dari para sarjana dan teknisi bidang Teknik Mesin, bidang Teknik Elektro dan Desain Produk. Salah satu bukti kemampuan SDM Puslit Telimek adalah diluncurkannya kendaraan listrik yang dikenal dengan nama “MARLIP” pada tahun 2002 yang saat sedang dipersiapkan kearah komersialisasi, serta beberapa hasil penelitian dibidang motor bakar. Oleh karena teknologi sistem kendaraan hibrid merupakan perpaduan antara teknologi kendaraan konvensional (motor bakar) dan kendaraan listrik, maka kemampuan yang telah dimiliki oleh Puslit Telimek akan menjadi faktor utama dalam menjamin keberhasilan kegiatan ini. Fasilitas Laboratorium Motor Bakar Puslit Telimek LIPI juga menunjang resiko keberhasilan penelitian. Selain itu kerjasama instansi terkait seperti dengan Laboratorium Motor Bakar dan Sistem Propulsi ITB membuat resiko keberhasilan berdampak positif terhadap penelitian. 1.6 Roadmap Hasil Penelitian

Roadmap dari kegiatan yang direncanakan selama 5 tahun ini adalah Tahun

:

Desain purwarupa sistem kendaraan hibrid dengan konsep Gasoline/Diesel-Electric Hibrid Car - Series Desain sistem pengujian kendaraan hibrid

:

Implementasi desain sistem pengujian kendaraan hibrid

2005 Tahun

Purwarupa kendaraan hibrid generasi I dengan konsep Gasoline/Diesel-Electric Hibrid Car - Series Pengujian kendaraan hibrid generasi I dengan konsep Gasoline/Diesel-Electric Hibrid Car - Series Re-Desain kendaraan generasi hibrid I dengan konsep Gasoline/Diesel-Electric Hibrid Car - Series

2006

Tahun

:

2007

Purwarupa kendaraan hibrid generasi II dengan konsep Gasoline/ Diesel -Electric Hibrid Car - Series Pengujian kendaraan hibrid generasi II Re-desain sistem kendaraan hibrid generasi II dengan konsep Gasoline/ Diesel -Electric Hibrid Car - Series

Tahun

:

Purwarupa kendaraan hibrid generasi III dengan konsep Gasoline/ Diesel -Electric Hibrid Car - Series


20


Pengujian kendaraan hibrid generasi III Desain purwarupa sistem kendaraan hibrid dengan konsep Gasoline/ Diesel -Electric Hibrid Car - Parallel

2008

Tahun 2009

:

Komersialisasi kendaraan hibrid - Series Purwarupa kendaraan hibrid generasi I dengan konsep Gasoline/Diesel-Electric Hibrid Car – Parallel Pengujian Generasi I kendaraan hibrid - Parallel

Setelah kegiatan ini berjalan sampai tahun 2007, sudah dibuat dua buah purwarupa, yaitu satu purwarupa sasis yang menjadi platform penelitian sistem kendaraan hibrid seri, yang dihasilkan pada kegiatan tahun 2006, dan satu buah purwarupa mobil berbentuk city car yang dihasilkan dari kegiatan tahun 2007. Berdasarkan roadmap yang direncanakan, pada kegiatan tahun 2008 seharusnya dihasilkan purwarupa mobil hibrid generasi III, tetapi terdapat beberapa kendala yang dihadapi pada tahun sebelumnya, dimana anggaran tahun 2007 yang mengalami penurunan sekitar 50% dibanding tahun 2006, yang menyebabkan tidak dapat diselesaikannya purwarupa generasi II pada tahun 2007. Hal ini berpengaruh juga pada hal teknis dimana perbaikan-perbaikan terhadap hambatan yang ada di lapangan seperti pergantian komponen tidak bisa dilakukan yang pada akhirnya turut mempengaruhi keterlambatan kegiatan dari jadual yang direncanakan. Beberapa kendala teknis, seperti pengembangan speed control dan sistem hibrid, merupakan pekerjaan rumah yang disisakan oleh kegiatan tahun 2007 yang harus diselesaikan pada kegiatan tahun 2008 selain penyelesaian eksterior dan interior bodi mobil, sehingga terdapat kemungkinan jadual kegiatan tidak sesuai dengan roadmap yang direncanakan. Selain itu sebagian bahan-bahan dari anggaran kegiatan tahun 2008 diperlukan untuk menyelesaikan purwarupa mobil hibrid seri tipe city car hasil kegiatan tahun 2007. Jika melihat tren anggaran yang cenderung menurun, apalagi jika anggaran tahun 2008 nantinya masih lebih kecil lagi dibandingkan tahun 2007, ditambah terbatasnya waktu akibat harus menyelesaikan purwarupa generasi II, maka output realistis untuk kegiatan tahun 2008 adalah purwarupa generasi III berupa sasis dan underbody dengan desain bagian mobil lainnya, termasuk bodi mobil, hanya berupa desain digital atau blue print. Desain ini diharapkan bisa diselesaikan dan diwujudkan secara fisik pada kegiatan tahun berikutnya, sehingga dapat dihasilkan purwarupa generasi III mobil hibrid yang betul-betul layak dipergunakan di jalan raya. Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

21


Akibat kendala-kendala anggaran dan teknis yang disebutkan di atas, maka kegiatan penelitian rancang bangun mobil hibrid pada tahun 2008 adalah sebagai berikut: Tahun 2008

:

Penyempurnaan purwarupa kendaraan hibrid generasi II dengan konsep Gasoline/ Diesel -Electric Hibrid Car – Series Pengujian kendaraan hibrid generasi II dengan konsep Gasoline/ Diesel -Electric Hibrid Car – Series Re-desain sistem kendaraan hibrid generasi II dengan konsep Gasoline/ Diesel -Electric Hibrid Car - Series Purwarupa sasis dan underbody kendaraan hibrid generasi III dengan konsep Gasoline/ Diesel -Electric Hibrid Car – Series

1.7 Outcome dan Output Seperti telah disebutkan pada bagian terdahulu, sasaran utama dari kegiatan penelitian ini adalah tercapainya penguasaan teknologi sistem kendaraan hibrid diharapkan dapat mewujudkan kendaraan nasional yang harmonis yang mampu melayani keinginan masyarakat sekaligus menjaga keamanannya sehingga tercipta keserasian sistem kendaraan, manusia dan lingkungannya. Penelitian ini akan berada sebagai bagian dari milestone penelitian tentang sarana Transportasi di Puslit Telimek, yang awalnya diciptakan selain tuntutan makro akan adanya kendaraan dengan penggerak alternatif, juga sebagai jawaban atas kekurangan-kekurangan yang ditemui pada penelitian mobil listrik sebelumnya. Secara fisik, penelitian ini akan menghasilkan purwarupa mobil hibrid yang bisa dikendarai, dan diuji sebagaimana lazimnya kendaraan yang ada di jalan raya. Sedangkan dari segi SDM, penelitian ini meningkatkan pengalaman dan kemampuan para peneliti untuk merancang kendaraan.


22


BAB II. LANDASAN TEORI

2.1 Rekayasa Pengembangan Otomotif Sebagai terobosan teknologi pada sekitar abad ke-19, perkembangan mobil bertambah pesat setelah dibuatnya internal combustion engine oleh Dr. A.N Otto di Jerman sekitar tahun 1870. Setelah mencapai tahap komersialisasi, terjadi tuntutan untuk kemudahan produksi sehingga mulai diperkenalkan sistem produksi massal oleh Ford. Ford model T merupakan mobil pertama yang rancangannya diatur terutama oleh persyaratan manufaktur dan karenanya merupakan model pertama penerapan konsep desain untuk produksi. Hal ini menyebabkan perubahan dari bengkel kerja kecil yang membuat mobil secara tailor made/hand made sesuai spesifikasi konsumen menjadi produksi massal dengan spesifikasi yang ditetapkan perusahaan. Perkembangan teknologi konstruksi mobil berawal dari kereta kuda yang diberi mesin, serta penerapan beberapa teknologi sepeda, terutama pada bagian roda. Kemudian berkembang menjadi sasis baja, kerangka bodi kayu dengan pelat lembaran tipis yang banyak dipakai sampai sekitar tahun 1930-an. Setelah itu adalah meningkatnya penggunaan panel kulit baja pres sebagai pengganti lembaran-lembaran baja yang dibentuk secara manual atau dipukul dengan palu yang memungkinkan produksi secara eknonomis bentuk-bentuk styling bodi dengan permukaan melengkung. Selain itu bentuk multicurve juga membuat panel jauh lebih kaku dan lebih kuat menahan beban. Pada tahun 1950-an mulai muncul sasis monocoque dimana sasis tidak lagi terpisah dengan bodi atas, tetapi menyatu dengan bodi sekaligus berfungsi sebagai lantai kendaraan yang biasanya dibuat dari elemenelemen lembaran yang dibentuk dan dilas dengan las titik. Tetapi konstruksi ini pada awalnya memiliki masalah korosi pada sekitar bagian yang di las dan bagian-bagian yang sulit diakses sampai ditemukannya perlakuan anti-karat yang efektif. Konstruksi komposit yang diterapkan setelah Perang Dunia ke-2 berupa fiber glass dan resin memiliki keunggulan dalam biaya yang lebih rendah untuk peralatan pembentuknya sehingga sesuai untuk industri kecil apalagi ditunjang kemampuan membuat bentuk yang rumit. Kekurangannya adalah kesulitan dalam menyatukannya dengan Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

23


komponen metal dan kemungkinan deformasi akibat ekspos cuaca jika tidak diperkuat rangka. Pada awalnya Daimler meletakkan engine di bawah bodi mobil yang masih seperti kereta kuda. Pada tahun 1890, Panhard Levassor memproduksi kendaraan dengan engine yang diletakkan di depan yang dihubungkan dengan clutch dan gearbox. Hal ini segera menjadi lay out umum mobil akibat kemudahan dalam merawat engine. Dalam styling bodi kendaraan, hal ini menyebabkan bonnet menjadi penting. Sedangkan bagasi yang pada kereta kuda biasa ditempatkan pada bagian belakang berpengaruh pada perkembangan desain bodi sedan atau three box saloon. Desain bodi keseluruhan yang awalnya terbuka atau open top, mulai didominasi bentuk tertutup pada tahun 1930-an, meskipun beberapa jenis mobil seperti mobil sport atau mobil mewah mengambil desain open top karena ringan dan memberi kinerja lebih. Selanjutnya perkembangan jalan raya yang memungkinkan kecepatan kendaraan lebih tinggi membuat shape bodi yang streamline memiliki keuntungan signifikan terutama dalam meningkatkan efisiensi konsumsi bahan bakar, selain memberi efek samping berupa perubahan dalam styling. Berdasarkan pertimbangan di atas serta kondisi yang ada di Bidang Peralatan Transportasi, Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik LIPI, maka tim perancang mobil hibrid dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu sistem penggerak, sistem sasis, dan sistem bodi.

2.2 Penentuan Dimensi Kendaraan Dalam penentuan dimensi kendaraan, ada beragam faktor yang perlu dipertimbangkan (Fenton, 1996), seperti ergonomi interior, tata letak dan kemasan komponen mekanik, pertimbangan aerodinamika, pertimbangan produksi dan material, bentuk formal dan estetika desain industri, dan lain-lain. 2.2.1 Ergonomi Kendaraan Kenyamanan pengemudi dan penumpang merupakan fokus dalam ergonomi kendaraan, yang meliputi kemudahan keluar-masuk, hubungan primer pengemudi dengan alat kendali primer dari kendaraan, tata letak komponen dan dimensi ruang dalam kendaraan. Penggunaan data anthropometri dalam perancangan seringkali harus hati-hati dan mempertimbangkan percentile ekstrim, yang bisa dilakukan dengan menggunakan beberapa model yang mewakili ukuran kecil maupun besar Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

24


dalam gambar interior berskala (Fenton, 1996). Percentile sendiri berhubungan dengan suatu dimensi tunggal dari sekelompok manusia, sehingga harus disadari konsep ukuran rata-rata adalah invalid untuk kelompok demografi yang berbeda. Beberapa ahli telah mendefinisikan posisi duduk optimum yang mampu meminimalisir kelelahan akibat waktu duduk yang lama, dalam bentuk sudut-sudut duduk dan dimensi stasiun kerja pengemudi seperti pada gambar-gambar di bawah ini.

Gambar 3. Workstation pengemudi Sedan menurut Sanders dan McCormick

Untuk posisi duduk penumpang dipakai beberapa prinsip dalam penentuan dimensi tempat duduk menurut Pheasant sebagai berikut:

Gambar 4. Dimensi tempat duduk menurut Pheasant (2003)

1. Tinggi alas duduk (H) Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

25


Perhitungan tinggi alas duduk merupakan kompromi antara tinggi lipat lutut dengan ruang kaki horizontal. Semakin besar ruang kaki, semakin rendah H yang dimungkinkan. Tetapi dimensi umum yang diacu adalah perempuan 5%. Tinggi lipat lutut perempuan Indonesia 5% adalah 337 mm. 2. Kedalaman alas duduk (D) Jika kedalaman melebihi jarak lipat lutut ke pantat maka posisi bersandar kepada sandaran punggung akan terganggu dan akan timbul tekanan pada punggung dan lutut. Karena itu ukuran maksimum adalah jarak lipat lutut ke pantat perempuan Indonesia 5% sebesar 405 mm. 3. Lebar tempat duduk Berbeda dengan kursi biasa yang memakai lebar pantat, dimensi yang berpengaruh dalam penentuan lebar tempat duduk interior mobil adalah lebar bahu. Lebar bahu laki-laki Indonesia 95% adalah 466 mm, tetapi belim memasukkan ketebalan pakaian. Phasant menyarankan untuk keleluasaan, dimensi lebar tempat duduk adalah 550 mm. 4. Dimensi sandaran punggung tempat duduk Semakin tinggi sandaran punggung semakin efektif menunjang tubuh. Untuk sandaran punggung tinggi Pheasant menyarankan ketinggian sandaran punggung keseluruhan 900 mm. Tinggi badan pada posisi duduk laki-laki Indonesia 95% adalah 919 mm.Tetapi jika mengacu pada rekomendasi Kroemer (1983) dimana pada posisi dinamis tinggi badan adalah dimensi postur statis dikurangi 3% maka ketinggian yang disarankan adalah 891 mm. 5. Sudut sandaran tempat duduk (α) Menurut Pheasant, sudut yang disarankan adalah antara 1000-1100. Woodson menyarankan 1050, sedangkan Sanders McCormick menyarankan antara 10501150. Semakin besar sudut semakin besar pula berattubuh yang ditunjang, tetapi sudut yang terlalu lebih antara paha dengan tubuh akan berpotensi menimbulkan lordosis. 6. Sudut alas duduk tempat duduk (β) Sudut alas tempat duduk dibuat untuk melawan kecenderungan terpeleset ke depan saat duduk. Tetapi sudut yang berlebihan akan mengurangi kemudahan untuk berdiri dan duduk. Pheasant menyarankan 50-100, Woodson menyarankan 50, dan Sanders dan McCormick menyarankan 60-80. Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

26


7. Ruang kaki Ruang kaki lateral (lebar) Ruang kaki lateral harus menyediakan kelonggaran yang cukup buat paha dan lutut. Lebar panggul laki-laki Indonesia 95% adalah 392 mm. Tetapi Phesant menyarankan bahwa untuk memperoleh posisi santai dimana kedua kaki agak berjarak, maka lebar yang disarankan adalah 580 mm. Ruang kaki vertikal Dimensi yang dipakai adalah tinggi lutut laki-laki Indonesia 95% yang sebesar 544 mm, tetapi perhitungan bisa juga menggunakan ketebalan paha laki-laki indonesia 95% pada ketinggian alas duduk maksimum (tinggi lipat lutut maksimum) yang sebesar 445 mm + 165mm = 610 mm. Ruang kaki horizontal ke depan

Gambar 5. Ruang kaki

Jarak horizontal antara pantat ke ujung jari kaki adalah sebagai berikut:

Dimana: D

: jarak horizontal antara pantat ke ujung jari kaki

B

: jarak dari pantat ke lipat lutut

F

: panjang telapak kaki

H

: tinggi tempat duduk

P

: tinggi lipat lutut


27


2.2.2 Tata Letak Komponen Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan tata letak komponen adalah dimensi dan berat komponen untuk memperhitungkan keseimbangan, serta hubungan fungsi antar komponen dalam sebuah sistem. Ada lima kasus beban yang dipertimbangkan dalam pengaturan tata letak komponen (Robertson, 2002) (Gambar lihat pada lampiran): 1. Kasus bending Ini adalah pembebanan dalam suatu bidang vertikal, bidang x-z akibat berat komponen yang didistribusikan sepanjang frame kendaraan yang mengakibatkan bending di sekitar sumbu y. 2. Kasus Torsi Bodi kendaraan ditekan oleh suatu momen yang diterapkan pada garis tengah as dengan menerapkan beban ke atas dan ke bawah pada setiap as dalam case ini. Beban-beban ini berwujud dalam aksi puntir atau momen torsi di sekitar sumbu x longitudinal dari kendaraan. Momen torsi berdasarkan pada beban-beban pada as roda yang dibebani lebih ringan, dan nilainya adalah beban roda pada as roda yang dibebani lebih ringan tersebut dikalikan wheel track. Momen torsi tersebut adalah:

Dimana:

RF RR tf = tr 2 2

tf adalah front track dan tr adalah rear track RF adalah beban roda depan dan RR adalah beban roda belakang, dimana biasanya dalam kendaraan modern dalam pembebanan penuh RF > RR

3. Kombinasi bending dan torsi Dalam kenyataannya, kasus torsi tidak dapat terwujud tanpa bending akibat gaya gravitasi selalu ada. Oleh karena itu, kedua kasus itu harus dipertimbangkan bersama-sama ketika mewakili suatu situasi nyata. Pawlowski (1964) merekomendasikan bahwa suatu ketinggian bump maksimum 200 mm harus dipertimbangkan sebagai kebanyakan mobil memiliki suatu bump suspensi untuk pantulan travel 200 mm atau kurang. Robertson (2002) mempertimbangkan ketinggian bump 200 mm akan mengangkat roda yang lain Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

28


dalam satu as dari tanah. Dalam kondisi ini semua beban dari as roda yang lebih ringan diterapkan pada satu roda. Jika prinsip ini diterapkan pada kendaraan dengan asumsi front track tf = 1450 mm dan rear track tr = 1400 mm, beban roda kanan dari as belakang (beban lebih ringan) akan menjadi beban as total Re = 6184 N, torque pada bodi 4328 N-m dan R’F adalah 5971 N. Beban resultan roda dari as depan adalah: Roda kanan

RFTR =

RF R' F 7196 5971 − = − = 613 N 2 2 2 2

Roda kiri

RFTL =

RF R' F 7196 5971 + = + = 6583 N 2 2 2 2

4. Pembebanan lateral Kondisi ini terjadi ketika kendaraan tersebut dikendarai di sekitar tikungan atau kendaraan bergulir melawan kerb, misalnya beban-beban sepanjang sumbu y. Beban lateral ditimbulkan pada kontak ban dengan permukaan yang diseimbangkan oleh gaya sentrifugal

MV 2 dimana M adalah massa kendaraan, V R

adalah kecepatan kendaraan, dan R adalah radius tikungan. 5. Pembebanan ke depan dan ke belakang Selama akselerasi dan pengereman gaya-gaya longitudinal (sepenjang sumbu x) timbul. Gaya-gaya traksi dan pengereman pada ban dengan titik sentuh permukaan direaksi oleh massa dikali gaya-gaya akselerasi (deselerasi) inersia. Nomor 1 (bending), 2 (torsi), dan 3 (bending dan torsi) merupakan hal terpenting dalam menentukan suatu struktur yang memuaskan (Pawlowski, 1964). Untuk perhitungan dimensi yang berdasarkan beban statis pada perancangan ini lebih difokuskan pada bending. 2.2.3 Aerodinamika

Riset aerodinamika awalnya difokuskan pada penurunan drag, tetapi kemudian diketahui bahwa gaya-gaya angkat dan dari samping juga penting dalam stabilitas kendaraan (Dominy, 2002). Koefisien gaya aerodinamika dirumuskan sebagai berikut:


29


C

f

=

F 2 1 A ρ v 2

Sedangkan kefisien momen aerodinamika dirumuskan sebagai berikut:

C

m

=

M 2 1 Al ρ v 2

Dimana F adalah gaya (angkat, drag, ataupun dari samping), M adalah momen, ρ adalah kepadatan udara, v adalah kecepatan, dan A adalah area yang diacu dan l adalah panjang yang diacu. Sedangkan tahanan udara dirumuskan sebagai berikut: Tahanan udara = Dimana: A adalah areal frontal kendaraan ; A = 0.9 x body height x wheel track V adalah kecepatan udara Cd adalah koefisien drag ρ adalah kepadatan udara, yaitu ρ = 144 p Rt dimana t adalah temperatur, p tekanan dan R adalah konstanta gas, 53,3 untuk udara.

Gambar 6. Beberapa bentuk geometri dan koefisien drag

2.2.4 Parameter dalam Styling

Untuk menghasilkan sketsa-sketsa pengembangan style bodi, ada beberapa parameter yang seharusnya sudah ditetapkan sebelumnya sehingga pengembangan desain menjadi lebih terarah (Birtley, 2002). Untuk menghasilkan informasi gambar kemasan kendaraan tipikal diperlukan hal-hal sebagai berikut: (a) Panjang, lebar, dan tinggi kendaraan secara keseluruhan (b) Wheelbase dan ukuran dari ban dan velg (c) Front dan rear track Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

30


(d) Front dan rear overhang (e) Sudut-sudut approach dan departure (f) Outline engine dan lokasi radiator (g) Lokasi tangki bahan bakar (h) Lokasi dan sudut kaca depan (i) Parameter legal dari semua lampu dan sinyal (j) Tinggi dan clearance bumper minimum/maksimum (k) Clearance suspensi (l) Kisaran penyesuaian tempat duduk berdasarkan persentil perempuan 5% sampai laki-laki 95% (m) Sudut pandang pengemudi dan zona-zona yang kabur (n) Zona jangkauan pengemudi dan lokasi setir dan penyesuaiannya (o) Ruang kepala dan bahu untuk kelonggaran penumpang (p) Posisi-posisi pedal (q) Pintu untuk keluar masuk kendaraan (r) Bagasi (s) Outline bodi dasar Sesudah dikembangkan sketsa-sketsa desain konsep kendaraan, dilakukan pemilihan berdasarkan

berbagai

pertimbangan

awal,

kemudian

dilanjutkan

dengan

pengembangan 3D desain dalam bentuk digital (CAD). Biasanya hasil CAD diterapkan pada modelling di dunia nyata, baik berupa clay modelling maupun bentuk lainnya. Perlu diingat bahwa dalam pengembangan styling seringkali diperlukan imajinasi daripada analisis seperti dinyatakan McKim, terutama dalam fase brainstorming dan pengembangan konsep. Tetapi dalam memutuskan konsep dan desain yang terpilih analisis yang lengkap dari faktor fungsi sampai kemampuan produksi seringkali memegang peranan penting.

2.3 Tinjauan Pustaka tentang Sistem Sasis dan Kostruksi Bodi Kendaraan 2.3.1 Sasis Mobil Hibrid tipe seri

Sasis adalah bagian dasar dari suatu kendaraan yang bekerja sebagai penumpu beban paling utama pada kendaraan. Struktur sasis harus mampu menahan beban-beban yang terjadi pada kendaraan (Happian-smith, J., 2002) . Tipe sasis dibagi menjadi beberapa bentuk, yaitu: Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

31


1. Rangka Tangga Rangka tangga banyak digunakan pada kendaraan penumpang dan kendaraan angkutan barang. Biasanya terlihat jelas pada truk dan bis. Struktur rangka tangga dirancang menahan beban-beban yang terjadi pada kendaraan. Sehingga seringkali dijumpai kendaraan yang menggunakan sasis jenis ini menggunakan bahan bodi yang ringan dan lunak, misalnya kayu atau aluminium. Kelebihan utama dari rangka tangga adalah kemampuannya yang fleksibel dengan berbagai bentuk dan tipe bodi. Bahan utama dari rangka tangga umumnya adalah kanal C yang dihubungkan kiri dan kanan dengan kanal C juga atau kanal H (Happian-smith, J., 2002) .

Gambar 7. Bentuk rangka tangga (Happian-smith, J., 2002).

2. Rangka Silang atau Cruciform Rangka silang dirancang dari dua batang lurus kemudian dihubungkan dengan sebuah unit batang silang. Tujuan dari rancangan silang ini adalah untuk memungkinkan rangka menahan beban puntir lebih besar. Kombinasi antara rangka tangga dan rangka silang menghasilkan rangka dengan kemampuan bending dan puntir yang baik. Batang silang pada rangka silang tidak hanya berguna untuk menahan beban puntir tetapi juga berguna sebagai penahan beban lateral dari mounting suspensi (Happian-smith, J., 2002).


32


Gambar 8. Bentuk rangka silang atau cruciform (Happian-smith, J., 2002).

3. Rangka tulang belakang Rangka tulang belakang merupakan bentuk penyederhanaan dari rangka silang. Rangka tulang digunakan oleh kendaraan merk Lotus sebagai sasis utama. Rangka bercabang dari bagian belakang ke depan berguna menahan beban bending dan puntir dan bagian tambahan batang tranversal antara suspensi kanan dan kiri berguna sebagai penahan suspensi dan penahan beban lateral (Happian-smith, J., 2002).

Gambar 9. Bentuk rangka tulang belakang (Happian-smith, J., 2002)


33


4. Rangka Perimeter Rangka jenis perimeter merupakan konstruksi yang cukup ringan dibandingkan dengan rangka tangga atau rangka silang. Hal ini membuat bodi kendaraan memberikan beberapa kekuatan yang diperlukan. Ciri dari rangka jenis ini adalah rangka bagian sisi yang membentuk bulatan kemudian dibagian depan dan belakang yang menyempit. Kemudian tidak terdapat batang silang yang mengakibatkan ruang penumpang lebih besar (Daryanto, Drs., 2004).

Gambar 10. Bentuk rangka perimeter (Daryanto, Drs., 2004).

5. Rangka Sebagian Pada beberapa kendaraan bagian bodi sudah diberikan penguatan, sehingga sudah tidak diperlukan lagi penguatan sepanjang kendaraan. Umumnya bentuk rangka sebagian diletakkan dibagian depan bodi untuk menopang mesin, transmisi dan suspensi depan (Daryanto, Drs., 2004).

Gambar 11. Bentuk rangka sebagian (Daryanto, Drs., 2004).

6. Rangka ruang atau Rangka Space Rangka ruang terbentuk dari batang-batang pipa ukuran kecil yang dihubungkan berdekat-dekatan membetuk suatu ruang kendaraan. Bentuk rangka ruang bertujuan untuk meningkatkan kekuatan bending dan kekakuan rangka. Umumnya digunakan pada kendaraan-kendaraan balap. Kontruksi Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

34


batang rangka ruang dibuat bentuk-bentuk triagonal agar dapat menahan beban bending dan puntir pada bagian sambungan sehingga kontruksi menjadi lebih kaku (Happian-smith, J., 2002).

Gambar 12. Bentuk rangka ruang atau rangka space (Happian-smith, J., 2002).

7. Rangka menyatu atau Struktur Terintegrasi Sebagian besar kendaraan penumpang saat ini dibuat dari lembaranlembaran baja yang dibentuk secara tekan dan dibentuk disesuaikan dengan komponen-komponen kendaraan yang dibutuhkan. Struktur lembaran yang terintegrasi menyebabkan struktur menjadi lebih kaku. Bentuk geometri dari struktur rangka menyatu sangat komplikatif sehingga dibutuhkan perhitungan menggunakan Metode Elemen Hingga untuk mengetahui secara rinci tegangan yang terjadi. Keuntungan dari penggunaan rangka menyatu adalah kekakuannya terhadap beban bending dan puntir, dan sifatnya yang ringan dibandingkan bentuk rangka yang lain.

Gambar 13. Bentuk rangka menyatu atau struktur terintegrasi (Happian-smith, J., 2002). Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

35


Sasis mobil hibrid tipe seri tidak jauh berbeda dari sasis mobil bermesin motor bakar pada umumnya. Banyak diantaranya yang masih menggunakan bahan baja, alumunium, dan bahkan magnesium agar mendapatkan sasis lebih ringan. Dalam prakteknya hanya ada beberapa konstruksi yang berbeda dari sasis mobil bermesin motor bakar. Yaitu dalam pengadopsian baterai dan sistem kendaraan yang dibutuhkan. Tentu saja akan terlihat dari komponen-komponen kendaraan yang dibutuhkan berbeda dengan mobil bermesin motor bakar. Sumber energi dari suatu mobil hibrid seri adalah suatu mesin motor bakar kecil yang dirangkai langsung dengan suatu pembangkit tegangan tinggi untuk mengisi baterai tegangan tinggi dan memberikan tenaga listrik ke motor listrik (Industry Study., 2004).

2.3. 2 Suspensi Mobil Hibrid tipe seri

1. Suspensi Depan jenis McPherson Suspensi jenis McPherson adalah pengembangan lebih lanjut dari suspensi dobel Wishbone. Suspensi McPherson digunakan sebagai suspensi depan kendaraan yang memiliki karakteristik independen atau bebas. Karakteristik independen suspensi sangat menguntungkan untuk jenis kendaraan ringan, karena menghasilkan peredaman getaran yang mandiri tiap kaki-kaki sehingga kendaraan akan terasa lebih nyaman. Suspensi jenis McPherson banyak sekali digunakan karena memiliki kelebihan dalam hal jumlah komponen yang tidak terlalu banyak dan strukturnya yang memungkinkan tersedianya ruang yang lebih luas untuk unit mesin dibandingkan dengan jenis dobel wishbone. Ciri dari suspensi jenis McPherson adalah adanya pivot dibagian atas pegas tekan yang didesain mampu berputar, menerima beban lateral dan bobot kendaraan. Gaya-gaya yang terjadi pada bagian pivot ini menimbulkan tegangan bending pada batang piston suspensi. Untuk menghindari adanya perubahan elastis camber dan caster yang merugikan, diameter normal batang piston 11 mm, harus dinaikkan minimal 18 mm (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001). Keuntungan utama dari suspensi jenis McPherson adalah semua komponen suspensi dan kontrol roda yang dapat dirakit menjadi satu.


36


Gambar 14. Suspensi depan jenis McPherson (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001).

2. Suspensi belakang independen atau bebas Suspensi independen tidak selalu lebih baik dibandingkan suspensi rigid atau kaku dalam hal sifat pengendalian kendaraan (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001). Tujuan penggunaan kendaraan akan mempengaruhi sifat pengendalian suspensi independen. Penggunaan penggunaan bobot angkut yang lebih berat dari spesifikasi pada suspensi independen akan menyebabkan pengendalian lebih sulit dan bahkan dapat merusak suspensi dan karet mounting. Suspensi batang puntir adalah suspensi jenis semi rigid yang umum digunakan pada kendaraan penumpang kecil selain suspensi poros puntir (torsion crank axle). Suspensi batang puntir terdiri atas dua lengan trail yang dihubungkan oleh sebuah batang puntir yang dilas permanen. Batang ini menahan semua beban vertikal dan lateral karena kekakuan puntirnya dan kondisinya yang berada offset dengan pusat roda. Batang puntir yang menghubungkan lengan trail dapat dirancang dengan kekakuan sedikit lebih rendah sehingga dapat difungsikan sebagai anti-roll bar (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001). Beberapa kelebihan dari suspensi batang puntir adalah : - poros secara keseluruhan mudah untuk dirangkai dan dibongkar; - hanya membutuhkan ruang sedikit; - unit peredam atau shock absorber dan pegas mudah untuk dipasang; - tidak membutuhkan lengan kontrol; - batang puntir dapat menjadi anti-roll bar; Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

37


- berat suspensi rendah sehingga massa unsprung rendah; - sedikit sekali pengaruh perubahan camber akibat beban lateral.

Gambar 15. Bentuk suspensi batang puntir (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001).

3. Sistem Kemudi Recirculating Ball untuk Mobil Hibrid tipe seri Sistem kemudi Recirculating Ball lebih rumit pada semua kendaraan penumpang yang menggunakan suspensi independen pada roda depan. Bahkan sistem kemudi ini lebih mahal dibandingkan sistem kemudi rack and pinion, tetapi memiliki elastisitas pengendalian yang lebih besar sehingga mengurangi responsifitas dan rasa terlalu responsif ketika berada pada jalur lurus dengan kecepatan tinggi. Kelebihan dari sistem kemudi Recirculating Ball diantaranya adalah: - dapat digunakan pada poros rigid atau pada kendaraan suspensi depan rigid/kaku; - memiliki kemampuan memindahkan beban berat; - sudut putar batang pitman lebih kurang sampai 45o sehingga dapat leluasa merancang radius putar kendaraan; - memungkinkan menggunakan lengan kemudi panjang; - gaya yang terjadi pada lengan pitman rendah; - memungkinkan merancang tie-rod dengan panjang yang sesuai keinginan. Karena alasan kenyamanan beberapa sistem kemudi jenis ini telah dilengkapi dengan bantuan tenaga hidrolik. Hanya sedikit yang masih menggunakan sistem ini secara manual.


38


Gambar 16. Gear Box Recirculating Ball (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001).

4. Kendaraan secara Keseluruhan Perhitungan tinggi Vehicle Center of Gravity (hv) dan Bodi (unsprung mass) Center of Gravity (hBo) mempengaruhi karakteristik kendaraan. Tergantung pada jenis kendaraan yang dirancang tinggi hv dan hBo didapatkan. Untuk jenis kendaraan angkutan penumpang kecil dan ringan seperti sedan, dibutuhkan nilai hv dan hBo yang rendah untuk mendapatkan kendaraan yang nyaman dan stabil. Sedangkan untuk jenis kendaraan angkutan masal dan angkutan barang dibutuhkan nilai hv dan hBo yang relatif besar karena nilai hv dan hBo akan terus turun seiring dengan turunnya tinggi suspensi akibat penambahan bobot kendaraan. Tidak ada nilai baku untuk hv dan hBo, namun perancangan kendaraan selalu diarahkan untuk memperoleh nilai hv dan hBo rendah. Tetapi pada prakteknya untuk mendapatkan nilai hv dan hBo yang rendah selalu dibatasi oleh penggunaan kendaraan dan Ground Clearance 4. Tinggi hv dan hBo dan kesetimbangan jaraknya dari poros depan dan belakang sangat menentukan beberapa aspek : - kapasitas pengereman dan percepatan; - perhitungan kemampuan menanjak kendaraan; - perancangan sistem pengereman dan pengendali empat roda; - perhitungan aspek stabilitas getaran; - mengusut bagaimana aspek stabilitas kemudi yang tepat; - menentukan momen massa inersia. Nilai hv didapatkan dari rumus berikut: Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

39


hv =

l Δm 2 l − h2 mv ,t h

(

)

1/ 2

+ r dyn .. (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001)

mv,t adalah beban purwarupa, yaitu 1.675 kg. Sedangkan parameter-parameter yang dibutuhkan dalam perhitungan dapat dilihat pada Gambar 16.

Gambar 17. Ilustrasi parameter beban dan arah beban pada mobil (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001).

Untuk mendapatkan hv, roda depan mobil dinaikkan dengan suatu mekanisme peninggi. Sedangkan roda belakang diletakkan dalam suatu mekanisme alat ukur berat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16. Persamaan hBo adalah: hBo =

mv ,t hv − (mu , f + mu ,r ) rdyn m Bo

…

(Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001)

Gambar 18. Ilustrasi kesetimbangan momen untuk mendapatkan hBo (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001). Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

40


Unsprung poros roda (axle weights), yang dinyatakan dalam rumus sebagai berikut: mu , f =

i m , f mv , f

mu , r =

i m , r mv , r

1 + im, f

1 + im ,r

……..


……..


Dimana : mu,f adalah beban unsprung sumbu roda depan mu,r adalah beban unsprung sumbu roda belakang im,f adalah konstanta sumbu roda depan im,r adalah konstanta sumbu roda belakang mv,f adalah bobot sumbu depan mv,r adalah bobot sumbu belakang Berikut adalah nilai konstanta yang dapat dimasukkan dalam perhitungan (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001): Sumbu depan

im,f = 0,12

Sumbu belakang bukan penggerak

im,r = 0,13

Roda bersuspensi independen berpenggerak belakang

im,r = 0,14

Roda bersuspensi rigid berpenggerak belakang

im,r = 0,22

Selain itu, diperoleh nilai mBo yang menunjukkan berat bodi (unsprung mass) dari kendaraan, yang dinyatakan dalam persamaan:

m Bo = mv ,t − (mu , f + mu ,r )

…


Tidak ada nilai standar baku untuk hv dan hBo. Umumnya karakteristik kenyamanan dan pengendalian kendaraan menjadi baik jika nilai hv lebih kecil dari diameter total roda. Tergantung pada kondisi pembebanan dan beban unsprung, hBo umumnya bernilai 20-40 mm lebih tinggi dibandingkan hv (Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001).


41


BAB III. PEMBAHASAN

3.1 Perancangan dan Pembuatan Purwarupa Mobil Hibrid Seri Generasi II

Perancangan dan tahap pembuatan purwarupa generasi II dimulai dari penentuan dimensi dan konsep desain kendaraan. Hal yang pertama dilakukan adalah kajian terhadap sasis mobil listrik yang dijadikan acuan dan dimensi mobil-mibil yang sekelas yang ada di pasaran. Pada tahap awal ini kesulitan yang dihadapi adalah belum adanya motor listrik yang akan dipakai (yang waktu itu masih dalam tahap pemesanan). Hal ini berpengaruh pada beberapa analisis load powertrain yang tidak akurat. Berdasarkan pertimbangan di atas ditambah keinginan melakukan penelitian yang sejalur dengan penelitian mobil listrik dalam rangkaian penelitian peralatan transportasi di Puslit telimek-LIPI, maka purwarupa generasi II adalah mobil yang berukuran tidak terlalu jauh dari mobil listrik city car (meskipun dari kapasitas mobil listrik ini seharusnya disebut micro car) yang telah dibuat sebelumnya, tetapi mampu mengangkut minimal empat orang penumpang. Karena itu konsep mobil kota (city

car) ini tetap dipakai pada purwarupa generasi II. 3.1.1 Penentuan Dimensi Purwarupa Generasi II A. Perbandingan Dimensi dan Analisis Anthropometri

Mobil kota merupakan mobil kecil yang digerakkan motor bertenaga kecil, yang dimaksudkan untuk digunakan buat daerah urban (wikipedia, 2007). Mobil kota lebih substansial dalam penggunaannya untuk transportasi dan lebih cepat daripada mobil listrik untuk area terbatas, memiliki empat tempat duduk, tidak seperti micro

car yang hanya memiliki dua tempat duduk; dengan panjang umumnya antara 3,4 sampai 3,6 meter. Di Jepang, mobil dengan panjang di bawah 3,4 meter resminya disebut keicar yang memiliki keuntungan dalam pajak dan asuransi serta tarif parkir yang lebih rendah. Bagaimanapun mobil kecil dan mobil kota memiliki persyaratan masingmasing tergantung dari peraturan negara dimana mobil tersebut beroperasi. Misalnya di Thailand, mobil kota harus cukup kecil untuk bisa bermanuver dalam lalu lintas kota yang ramai dan mudah diparkir; penggunaan bahan bakar mobil kota harus efisien dan kapasitas mesin tidak lebih dari 1,1 liter (setidaknya 1 liter bensin bisa untuk menempuh jarak sejauh 15 km); tinggi minimum 1,5 meter untuk Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

42


memaksimalkan kapasitas bagasi, sedangkan jika lebih rendah dari 1,5 meter akan disebut mobil kecil. Di Indonesia tidak ada peraturan seperti itu sehingga seringkali mobil kota disamakan dengan mobil kecil (Kompas, 2007). Perancangan purwarupa mobil hibrida seri ditentukan dari awal menggunakan pendekatan in-out atau menentukan terlebih dahulu ruang dalamnya kemudian baru dikembangkan ke bagian luar mobil. Ada dua alasan utama pendekatan ini diambil, yaitu pertama adalah kegiatan ini diutamakan untuk merancang sistem hibrida seri saja, dan sebagian besar komponen tidak dibuat sendiri, tetapi menggunakan komponen yang ada di pasaran yang dirangkai ke dalam mobil, sehingga yang dirancang adalah tata letaknya saja untuk memperoleh optimasi ruangan selain pertimbangan keseimbangan kendaraan. Kedua adalah adanya kecenderungan dalam perancangan produk modern adalah user-centered design. Karena pengguna mobil yang dimaksud adalah penumpang di dalamnya, maka penerapan aspek ergonomi, terutama anthropometri penumpang harus diperhatikan. Dalam industri otomotif, dikenal istilah package untuk menyebutkan gambargambar tampak 3 dimensional yang menggambarkan persyaratan-persyaratan ergonomi dan mekanis. Untuk itu diperlukan kerja sama antara bagian tata letak, ergonomi dan desain bodi maupun sasis. Biasanya posisi pengemudi dan penumpang didiskusikan dalam kisaran persentil antara perempuan 5%- laki-laki 95%. Ini akan menentukan penyesuaian kursi, sudut pandang dan persyaratan ruangan. Sesudah itu baru bagian lain dalam ruang seperti kemudi, pedal rem, gas, kopling ditentukan, diikuti oleh bagian seperti baterai, ruangan buat motor listrik dan motor bakar, roda dan suspensi (Birtley, 2002). Perbandingan dimensi mobil kecil menghasilkan kisaran dimensi eksterior. Dari itu akan bisa diperoleh toleransi dimana pengembangan bentuk eksterior bodi mobil boleh berjalan.


43


Gambar 19. Perbandingan dimensi mobil kecil

Dari perbandingan tampak samping dapat dilihat bahwa panjang total kendaraan berkisar antara 2500 mm (Smart City Coupe) sampai 3620 mm (Ford Ka).

Wheelbase berkisar antara 1812 mm (Smart City Coupe) sampai 2448 mm (Ford Ka). Sedangkan tinggi mobil berkisar antara 1413 mm (Ford Ka) sampai 1705 mm (Suzuki Karimun). Dari perbandingan tampak depan, lebar mobil berkisar antara 1495 mm (Chevrolet spark) sampai 1639 mm (Ford Ka). Sedangkan Front Track, salah satu Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

44


aspek yang berpengaruh pada aerodinamika dan stabilitas kendaraan, berkisar antara 1312 mm (Smart City Coupe) sampai 1400 mm (KIA Picanto). Analisis Anthropometri

Dalam penentuan dimensi ruang, yang tergolong dalam clearance, maka harus mampu menampung pengguna dengan dimensi terbesar, yang dalam hal ini digunakan laki-laki 95%. Posisi penumpang dalam mobil selalu dalam posisi duduk, maka yang berpengaruh dalam penentuan ruangan adalah dimensi manusia duduk. Untuk pengemudi, ada rekomendasi mengenai desain workstation menurut Sanders-McCormick berdasarkan data Van Cott dan Kinkade (1972) dan Woodson (1981) yang dianggap optimum bagi orang Amerika dari perempuan 5% ampai lakilaki 95%. Mobil yang dirancang akan diperuntukkan bagi orang Indonesia, karena itu dimensi yang digunakan perlu disesuaikan. Dimensi orang Indonesia yang digunakan adalah anthropometri masyarakat Indonesia yang didapat dari interpolasi masyarakat Britania dan Hongkong (Pheasant, 1986) terhadap masyarakat Indonesia (Suma’mur, 1989) yang dirangkum oleh Nurmianto (1991). Untuk penentuan dimensi ruang penumpang, dimensi tubuh yang diperhatikan antara lain tinggi tubuh saat duduk dan jarak dari ujung jari kaki ke bagian paling belakang saat duduk, yang saat duduk tegak biasanya adalah pantat, tetapi saat duduk agak miring bisa jadi bagian kepala. Dimensi yang pertama tersedia dalam data, tetapi dimensi yang kedua tidak, sehingga perlu dihitung tersendiri.


45


Gambar 20. Workstation pengemudi Sedan menurut Sanders and McCormick (kiri) dan menurut Woodson (kanan)

Untuk dimensi ruang penumpang dipakai beberapa prinsip dalam penentuan dimensi tempat duduk menurut Pheasant sebagai berikut:

Ruang kaki lateral (lebar) Ruang kaki lateral harus menyediakan kelonggaran yang cukup buat paha dan lutut. Lebar panggul laki-laki Indonesia 95% adalah 392 mm. Tetapi Phesant menyarankan bahwa untuk memperoleh posisi santai dimana kedua kaki agak berjarak, maka lebar yang disarankan adalah 580 mm.

Ruang kaki vertikal Dimensi yang dipakai adalah tinggi lutut laki-laki Indonesia 95% yang sebesar 544 mm, tetapi perhitungan bisa juga menggunakan ketebalan paha laki-laki indonesia 95% pada ketinggian alas duduk maksimum (tinggi lipat lutut maksimum) yang sebesar 445 mm + 165mm = 610 mm.


46


Gambar 21. Ruang kaki penumpang (kiri) dan ruang penumpang (kanan) tampak samping

Ruang kaki horizontal ke depan Jarak horizontal antara pantat ke ujung jari kaki adalah sebagai berikut:

Dimana: D

: jarak horizontal antara pantat ke ujung jari kaki

B

: jarak dari pantat ke lipat lutut

F

: panjang telapak kaki

H

: tinggi tempat duduk

P

: tinggi lipat lutut

Beberapa dimensi yang ditetapkan untuk dimasukkan dalam formula di atas adalah : -B

: 495 mm (laki-laki Indonesia 95%)

-F


-H

: 300 mm (perempuan Indonesia 5%)

-P


Nilai D yang diperoleh adalah 1089,7 mm ~ 1090 mm. Dimensi panjang ruang yang dibutuhkan oleh satu orang penumpang ditentukan sebagai berikut:


47


X = D + T Cos (1800 - α)………X : panjang ruang penumpang Y = H + T Sin (1800 - α)................Y : tinggi ruang penumpang Diperoleh nilai (dalam mm): α =1000

α =1050

α =1100

α =1150

X

1250

1328

1404

1478

Y

1205

1188

1164

1133

Jika mengambil kisaran terendah dan tertinggi, maka volume untuk empat orang penumpang memerlukan ruang berukuran : - Minimal

: 2 (1250) x 2 (550) x 1205 mm3

- Maksimal

: 2 (1479) x 2 (550) x 1133 mm3

Sedangkan untuk perhitungan dimensi stasiun kerja pengemudi telah dimuat dalam Laporan Penelitian Mobil Hibrid tahun 2007. Analisa pada Laporan tahun ini hanya berfungsi untuk melengkapi Laporan tahun 2007. B. Tata Letak Komponen

Mobil hibrida ini menggunakan baterai Lead-Acid, 6V 220Ah untuk sistem penggerak motor listrik, sebanyak 6 buah dirangkai seri. Baterai ini memiliki massa 25 kg. Sebuah baterai 12V 65Ah digunakan untuk sistem kelistrikan standar kendaraan. Tabel 2. Letak komponen berdasarkan jarak dari ujung depan dan beban Komponen Bumper depan Accu 12V 65 Ah Sumbu Roda depan (Sd) Motor Listrik Transmisi+dashboard penumpang depan+baterai 6x(6V220Ah) penumpang belakang engine+generator+bracket+exhaust+fuel tank+luggage+charger sumbu roda belakang (Sb) spare tyred bumper belakang

Jarak dari Load (N) depan (mm) 150 0 170 300 2794 570 210 900 340 1100 2900 1650 1500

2490

480 3196 120 120

3090 3090 3420 3670

Komponen-komponen umum mobil hibrida pada tabel di atas, diperhitungkan untuk mendapatkan suatu grafik sebaran beban. Grafik ini bermanfaat untuk menghitung nilai kekuatan struktur kendaraan diantaranya momen bending dan gaya geser.


48


Gambar 22. Grafik beban bending purwarupa generasi II Beban Kendaraan 4000 3000

1000 0 3500

3250

3000

2750

2500

2250

2000

1750

1500

1250

1000

750

500

-1000

250

0

Beban (N)

2000

-2000 -3000 -4000 Jarak dari depan (mm)

Gambar 23. Grafik hubungan beban dan jarak

Peletakan motor listrik di bagian depan, selain untuk kesetimbangan momen, juga disebabkan desain transmisi manual yang digunakan mensyaratkan motor penggerak berada di bagian depan. Untuk keseimbangan maka generator diletakkan di bagian belakang.


49


Gambar 24. Simulasi CAD untuk dimensi dan tata letak komponen

Dimensi dari komponen yang berpengaruh pada dimensi mobil adalah sebagai berikut: -

baterai untuk sistem penggerak

: 260 mm x 181 mm x 283 mm (p x l x t)

-

baterai untuk kelistrikan

: 255 mm x 180 mm x 220 mm (p x l x t)

-

motor listrik

: 170 mm x 320 mm (Ø x p)

-

motor bakar

: 487,5 mm x 402,5 mm x 107,5 mm (p x

l x t) -

transmisi

: 310 mm x 410-mm (Ø x p)

pipa propeler transmisi

: 80 mm (Ø)

Baterai diletakkan di bawah kursi penumpang sehingga kursi perlu ditinggikan, oleh karena itu dimensi ruang penumpang yang dipergunakan adalah yang minimal. Pipa propeler yang membelah bagian tengah mobil dari depan ke belakang membuat kursi penumpang terpisah 150 mm secara lateral. C. Dimensi Purwarupa Generasi II

Dari kegiatan analisis dimensi mobil, dimana dilakukan kompromi antara kebutuhan ruang penumpang dengan kebutuhan ruang komponen serta ketebalan bodi dan sasis maka dimensi mobil yang dibuat adalah: -

Panjang

: 3600 mm

-

Lebar

: 1460 mm

-

Tinggi

: 1610 mm

-

Ruang penumpang

: 2500 x 1250 x 1300 mm3

-

Ground clearance

: 200 mm

-

Wheelbase

: 2500 mm

-

Front Wheeltrack

: 1210 mm


50


-

Rear Wheeltrack

: 1240 mm

-

Front overhang

: 570 mm

-

Rear overhang

: 530 mm

-

Ukuran ban

: R13 (standar mobil kota)

-

Lokasi motor listrik

: depan (bonnet/hood)

-

Lokasi motor bakar

: belakang

Dapat disimpulkan bahwa mobil yang dirancang secara dimensional masih termasuk dalam batasan-batasan mobil kota seperti maksud perancangan.

3.1.2 Perancangan dan Pembuatan Sasis Purwarupa Generasi II A. Perancangan Sasis Purwarupa Generasi II

Perancangan purwarupa dimulai dengan merancang rangka utama yaitu rangka model Ladder frames. Rangka model ini dianggap tepat untuk purwarupa karena fleksibel dapat digunakan pada hampir segala bentuk bodi, karena pada dasarnya struktur rangka model Ladder frames sudah didesain menahan beban akibat berat bodi, komponen mobil, penumpang, bagasi dan bahkan beban akibat dinamika kendaraan. Sehingga bagaimanapun bentuk bodi dapat dibuat dari material yang memiliki kekakuan rendah. Sebagai material rangka utama, digunakan bahan pelat baja lembaran panas dan baja profil kotak, siku dan strip dengan tebal 3 mm. Sistem suspensi McPherson strut digunakan dalam perancangan karena suspensi jenis ini memiliki kelebihan, yaitu ruang untuk suspensi yang tidak terlalu besar sehingga ruang tempat penggerak berupa motor listrik menjadi lebih besar. Bahkan karena desain suspensi ini yang kompak menyebabkan banyak perusahaan otomotif yang menggunakan suspensi jenis ini. Oleh sebab itu perusahaan yang bergerak dibidang komponen suspensi membuat katalog produk yang standar dan bisa digunakan pada beberapa merk mobil. Sistem steering Rack and Pinion digunakan dalam perancangan karena memiliki beberapa kelebihan, yaitu kontruksi yang sederhana, elastisitas pengendalian minimal dan desain yang kompak. Beberapa jenis kendaraan kecil dan kelas menengah banyak menggunakan sistem steering jenis ini karena kompak dan tidak terlalu rumit perancangannya pada kendaraan. Perancangan sistem suspensi McPherson strut dilakukan dengan mencari komponen suspensi mobil yang memiliki kemampuan menopang sama atau lebih besar dari beban purwarupa yang dirancang, yaitu sebesar 1.675 kg. Perancangan Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

51


sistem steering Rack and Pinion juga dilakukan dengan mencari komponen Rack and

Pinion yang sesuai dengan karakter beban purwarupa. Tingkat kenyamanan dan kemudahan pengendalian rancangan purwarupa diketahui dari perhitungan tinggi Vehicle Center of Gravity (hv) dan Body (unsprung

mass) Center of Gravity (hBo). Aspek kenyamanan dan kemudahan pengendalian diketahui dari kapasitas pengereman dan percepatan, kestabilan getaran dan stabilitas pengendalian. Tidak ada nilai baku untuk aspek-aspek tersebut, namun perancangan kendaraan selalu diarahkan untuk memperoleh nilai hv dan hBo rendah, karena semakin rendah nilai tersebut semakin meningkat nilai kenyamanan dan kemudahan pengendaliannya. Nilai hv didapatkan dari rumus berikut: hv =

l Δm 2 l − h2 m v ,t h

(

)

1/ 2

+ r dyn

(1)

mv,t adalah beban purwarupa, yaitu 1.675 kg. Sedangkan parameter-parameter yang dibutuhkan dalam perhitungan dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 25. Ilustrasi parameter beban dan arah beban pada mobil (repro Gambar 17)

Untuk mendapatkan hv, roda depan mobil dinaikkan dengan suatu mekanisme peninggi. Sedangkan roda belakang diletakkan dalam suatu mekanisme alat ukur berat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 24. Persamaan hBo adalah: Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

52


hBo =

mv ,t hv − (mu , f + mu ,r ) rdyn m Bo

(2)

Unsprung poros roda (axle weights), yang dinyatakan dalam rumus sebagai berikut:

mu , f =

i m , f mv , f

mu , r =

i m , r mv , r

(3)

1 + im, f

(4)

1 + im ,r

Dimana : mu,f adalah beban unsprung sumbu roda depan mu,r adalah beban unsprung sumbu roda belakang im,f adalah konstanta sumbu roda depan im,r adalah konstanta sumbu roda belakang mv,f adalah bobot sumbu depan mv,r adalah bobot sumbu belakang Berikut adalah nilai konstanta yang dapat dimasukkan dalam perhitungan: Sumbu depan

im,f = 0,12

Sumbu belakang bukan penggerak

im,r = 0,13

Roda bersuspensi independen berpenggerak belakang

im,r = 0,14

Roda bersuspensi rigid berpenggerak belakang

im,r = 0,22

Selain itu, diperoleh nilai mBo yang menunjukkan berat bodi (unsprung mass) dari kendaraan, yang dinyatakan dalam persamaan:

m Bo = mv ,t − (mu , f + mu ,r )

(5)

Tidak ada nilai standar baku untuk hv dan hBo. Hanya dari pengalaman mengatakan bahwa kenyamanan dan kemudahan pengendalian kendaraan menjadi baik jika nilai hv lebih kecil dari diameter total roda. Tergantung pada kondisi pembebanan dan beban unsprung, hBo umumnya bernilai 20-40 mm lebih tinggi dibandingkan hv. Diskusi

Dari hasil penelitian diketahui bahwa komponen kendaraan yang sesuai dengan karakter beban mobil (1.675 kg) adalah komponen mobil Suzuki Realvan. Spesifikasi berat dan sasis mobil Suzuki Realvan ditunjukkan dalam Tabel .


53


Tabel 3. Spesifikasi dari Suzuki Realvan

Berat (weight)

1.745 kg

Gross Weight

Sasis Jenis :

Steering

Rack and Pinion

Suspension

McPherson strut

Tyres

185/70 R13 Dari Tabel tersebut terlihat bahwa berat kotor mobil Suzuki Realvan sebesar

1.745 kg, sehingga memiliki karakter beban kendaraan sedikit lebih besar daripada rancangan purwarupa. Dengan demikian komponen Rack and Pinion dan McPherson

strut dapat digunakan dalam purwarupa. Hasil desain sasis menggunakan software CAD, ditunjukkan dalam Gambar 26. 2

3

1

2

Gambar 26. Desain rangka utama dan tempat baterai menggunakan CAD

Gambar 26 terdiri atas beberapa bagian, yaitu ladder frames (ditunjukkan dengan nomor 1); lengan suspensi (nomor 2, pada bagian depan dan belakang) dan desain tempat baterai (batery pack) (nomor 3, berbentuk kotak pada bagian tengah frame). Desain pada Gambar 26 kemudian digabungkan dengan desain komponenkomponen suspensi dan sistem steering dan dirangkai secara simulatif menjadi satu membentuk desain purwarupa yang lengkap (Gambar 27).


54

Laporan Program DIPA 2008 5

4

Gambar 27. Desain assembly sasis menggunakan CAD

Dari Gambar 27 terlihat bahwa suspensi McPherson strut depan maupun belakang sudah terangkai, posisi Rack and Pinion (nomor 4, berbentuk garis melintang antara roda depan kanan dan kiri), dan baterai (nomor 5, berbentuk kotak) berada di tengah dan belakang, sehingga ruang kaki penumpang lebih bebas. Untuk memudahkan perhitungan hv, Gambar 27 dimodifikasi menjadi Gambar 4 sehingga mudah untuk mengidentifikasi pengukuran tiap parameter hitungan.

Gambar 28. Pengukuran desain menggunakan CAD

Pada perancangan digunakan roda dengan ukuran 185/70 R13 dengan diameter luar total 588 mm, sehingga jari-jari roda adalah rdyn = 294 mm. Dari Gambar 28 didapatkan beberapa parameter, yaitu jarak sumbu roda (l) sebesar 2.392 mm, beban tertunjuk pada alat ukur beban(∆m) sebesar 50 kg, tinggi mekanisme peninggi roda (h) sebesar 1.196 mm. Dari parameter-parameter tersebut didapatkan nilai hv sebesar 418 mm. Beban unsprung poros roda depan (mu,f) sebesar 89,7 kg dan beban unsprung poros roda belakang (mu,r) sebesar 102,8 kg. Nilai tinggi hBo dari purwarupa sebesar 434 mm. Selisih antara hBo dan hv adalah 16 mm. Nilai ini berada 4 mm dibawah nilai minimum nilai selisih hBo dan hv yang umum digunakan (sebesar 20 mm). Sedangkan nilai hv lebih kecil dibandingkan diameter total roda (588 mm). Dari hasil perhitungan Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

55


rancangan purwarupa

termasuk dalam kategori mobil yang nyaman dan mudah

dikendalikan.

B. Pembuatan Sasis Purwarupa Generasi II

Pembuatan purwarupa dilakukan setelah seluruh gambar rancangan sasis selesai. Pembuatan diawali dengan membuat daftar bahan kontruksi yang dibutuhkan. Bahan kontruksi yang dibutuhkan meliputi: - bahan kontruksi untuk jig; - bahan kontruksi untuk sasis. Jig dibutuhkan dalam pembuatan sasis agar memudahkan dalam pembuatan sasis dan menghasilkan hasil kontruksi sasis yang baik. Bahan kontruksi untuk sasis meliputi: - baja profil siku; - pipa baja; - strip baja; - baja profil kotak; - baut baja untuk kontruksi. Sedangkan bahan yang dibutuhkan untuk kontruksi sasis adalah: - baja profil kotak; - baja profil siku; - strip baja; - pelat baja; - komponen suspensi, kemudi, rem dan roda; - baut-baut untuk kontruksi otomotif. Pembuatan sasis dikerjakan secara manual menggunakan perkakas-perkakas pertukangan. Mulai dari pemotongan baja profil kotak ukuran 4 x 8 cm2 menggunakan cutting-wheel, kemudian penyambungan material menggunakan las listrik. Kemudian pengadopsian komponen-komponen dengan membuat komponenkomponen adaptasi yang kemudian dilas pada sasis utama yang dibuat.


56


Gambar 29. Pembuatan sasis purwarupa generasi II secara manual

Gambar 30. Struktur sasis purwarupa generasi II

Ada beberapa perubahan pada sasis yang berpengaruh pada desain secara keseluruhan, antara lain : 1. Perpanjangan dudukan mesin di bagian depan sepanjang 20 cm. 2. Penguatan struktur pada bagian tertentu, terutama pada dudukan suspensi. 3. Perubahan sistem transmisi yang dipakai, dari sistem otomatis yang direncanakan menjadi transmisi manual milik Suzuki ST tahun 1983 membuat terjadinya perubahan panjang kendaraan dari total 3250 mm menjadi 3600 mm. Hal ini juga berpengaruh pada desain interior karena harus memberi ruang buat sistem transmisi. 4. Perubahan pada jumlah baterai lead-acid yang dimuat, dari 12 menjadi 20 buah sehingga memerlukan tempat yang lebih besar tetapi tetap harus memperhatikan faktor keseimbangan kendaraan.


57


3.1.3 Perancangan dan Pembuatan Bodi Purwarupa Generasi II A. Pengembangan Desain Bodi Purwarupa Generasi II

Pada tahap awal dilakukan pengembangan konsep desain bodi yang digali dengan membuat image chart mobil-mobil yang sudah ada. Disini lebih ditekankan pada aspek dimensi mobil daripada sistem penggerak mobil, maksudnya konsep desain bodi yang berpengaruh lebih pada mobil kota dengan sistem penggerak konvensional daripada mobil hibrid yang sudah dibuat, karena umumnya berbentuk sedan ataupun SUV yang jauh berbeda dari mobil kota yang direncanakan pada purwarupa generasi II ini.

Gambar 31. Image Chart mobil kecil

Mobil kecil, atau sering juga disebut mobil mini atau city car, yang dianalisa adalah yang ada di pasaran Indonesia, seperti Suzuki Karimun, KIA Picanto, Chevrolet Spark, Hyundai Atoz, Daihatsu Ceria maupun mobil yang belum masuk di Indonesia seperti SEAT Arosa, Ford Ka, dan lain-lain. Dari image chart diatas dapat dilihat kalau konsep paling umum dari mobil kecil adalah kompak dan rasional, untuk mewakili bahwa meskipun ukurannya kecil, tetapi banyak hal bisa dimuatnya. Selain itu juga dimasukkan konsep menyenangkan, dinamis, dan bersahabat. Jadi kecenderungannya menghindari bentuk yang terlalu formal. Bentuk interior cenderung menggunakan konsep minimalis karena ruang yang tersedia sedikit, dengan bentuk yang didominasi kurva melengkung. Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

58


Selain konsep dari mobil hibrid dan mobil kecil, perlu juga dikaji konsepkonsep mobil masa depan agar ketika purwarupa mobil hibrid seri yang sedang dirancang diluncurkan, tidak akan jauh ketinggalan secara styling dari mobil konsep yang ada.

Gambar 32. Image Chart mobil konsep

Jika mengacu pada spesifikasi kendaraan listrik sebelumnya yang hanya memiliki kecepatan maksimum 40 km/jam, maka konsep bentuk akan mengacu pada kuadran slow. Tetapi pada perkembangannya spesifikasi pada mobil hibrid seri dirancang mencapai kecepatan lebih dari kecepatan minimum jalan Tol, yaitu 60 km/jam, maka desain bentuk akan beralih ke kuadran fast. Tetapi karena konsep mobil mungil adalah lebih kearah fun daripada serious, maka pengembangan bentuk mengikuti mobil konsep yang berada di kuadran fast dan fun. Jadi berdasarkan analisa eksisting diatas dapat diambil kesimpulan bahwa konsep mobil hibrid yang dikembangkan adalah kompak, rasional, fun dan fast, yang mengambil bentuk aerodinamis, dengan model drop nose. Pada tahap awal pengembangan alternatif dilakukan sketsa bebas untuk

brainstorming ide-ide desain, yang memicu kreatifitas dalam pengembangan desain. Sketsa-sketsa awal ini akan dipilih berdasarkan kajian kemungkinan diterapkan dalam 3D modelling dan juga faktor estetika. Dari penyaringan sketsa yang dilakukan akan ditentukan kemudian apakah sketsa yang terpilih dibiarkan begitu saja atau dikombinasi dengan sketsa-sketsa yang lain sebagai pelengkap dalam styling. Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

59


Gambar 33. Alternatif desain eksterior 1




60



Untuk bagian interior juga dikembangkan sketsa desain, tetapi karena banyak komponen yang tidak didesain, melainkan menggunakan komponen yang ada di pasaran, membuat secara umum yang dipakai adalah raut desain dashboard saja.

Gambar 37. Alternatif desain interior 1

Gambar 38. Alternatif desain interior 2 Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

61


Ketika proses 3D modelling dilakukan, disadari bahwa ada beberapa komponen yang memang tidak diproduksi sendiri, dengan pertimbangan keterbatasan kemampuan produksi serta biaya yang jauh lebih mahal jika dibuat sendiri dalam jumlah kecil, sehingga harus memakai komponen yang ada di pasaran. Karena itu dilakukan pengembangan desain lebih lanjut dengan kompromi-kompromi yang diperlukan. Bagian yang tidak didesain antara lain, bagian kaca depan, dengan pertimbangan bahwa kualitas kaca yang diproduksi vendor sebelumnya belum sebaik kualitas mobil yang umumnya ada di pasaran, karena itu dipakai kaca depan Hyundai Atoz. Perubahan kaca depan ternyata menjadi faktor yang sangat mempengaruhi raut mobil secara keseluruhan sehingga re-desain harus dilakukan lagi. Selain itu pemakaian lampu depan Yamaha Nouvo Z yang dimodifikasi juga berpengaruh.

Gambar 39. Sketsa eksterior yang dipilih untuk desain final

B. Pembuatan Bodi Purwarupa Generasi II

Seperti halnya sasis, pembuatan bodi pun dilakukan secara manual. Bahan utama yang dipakai adalah pelat besi dengan ketebalan bervariasi antara 0,8 mm sampai 1,2 mm. Pemakaian pelat besi dilakukan berdasarkan pengalaman sebelumnya pada Marlip tipe city car, dimana bodi dibuat dari komposit fiber glass yang mudah mengalami deformasi bentuk akibat pengaruh cuaca (panas), sehingga pada bagian yang harus dibuka tutup seperti pintu, terjadi kerusakan yang mengakibatkan sistem buka tutup pintu kurang leluasa. Selain itu proses pembuatan bodi dengan material komposit fiber glass yang dilakukan selama ini belumlah menghasilkan kualitas penampilan bahan sebaik mobil di pasaran.


62


Pada tahap awal pembuatan dilakukan dengan menggunakan besi pipa yang ditekuk sebagai rangka dasar bodi kendaraan. Untuk memperoleh kepresisian, maka dilakukan dengan gambar teknik dengan sistem koordinat yang dibantu CAD.

Gambar 40. Pembuatan rangka bodi dalam CAD dan penerapannya pada pembuatan bodi

Karena ada beberapa komponen yang berubah dari yang direncanakan, maka beberapa pengembangan desain bodi minor dilakukan dengan sketsa yang langsung diterjemahkan ke dalam pembuatan bodi tanpa melalui simulasi CAD. Terutama pada bagian bonnet dan bagian belakang mobil. Perubahan juga terjadi pada jendela belakang setelah dilakukan simulasi ergonomi untuk menentukan sudut pandang spion. Sayangnya karena alat ukur yang dimiliki tidak ada, proses yang dilakukan lebih merupakan sistem coba-salah.

Gambar 41. Bodi mobil dari pelat yang belum dilapisi dempul maupun cat


63


Gambar 42. Bodi mobil yang sudah dicat dasar warna hitam

Perubahan pada bagian bonnet seperti dapat dilihat dalam gambar 55 dan 56, adalah pada lampu utama depan yang tidak sesuai dengan ruang yang disediakan sehingga dibuat semacam bingkai tambahan untuk mewadahinya. Karena lampu utama agak kecil, maka diberi lampu tambahan pada bumper depan bagian bawah. Proses penyelesaian bodi sejauh ini belum bisa dilakukan 100% karena menunggu pemasangan sistem hibrid di dalamnya, untuk menghindari terjadinya kerusakan prematur jika terjadi bongkar pasang sistem. Untuk interior, pemakaian komponen kendaraan lain meliputi komponen indikator display, yaitu speedometer, odometer, dan indikator bahan bakar yang diambil dari Suzuki ST 83. Penambahan dilakukan pada komponen display yang diperlukan untuk indikator hibrid seperti mode on/off hibrid dan manajemen energi. Material trimming untuk interior dipilih fake leather dengan warna yang terang untuk memberi kesan lebih luas buat ruangan interior dengan dimensi kecil, sehingga meningkatkan kenyamanan. Komponen yang dipakai, seperti jok, dipilih dari material yang sudah ada di pasaran, yang standar buatan pabrik mobil, dimana busanya memiliki kepadatan dan kelenturan lebih baik dibanding busa biasa berbeda dengan yang sering dipergunakan pada mobil listrik sebelumnya. Karena belum dipasangnya sistem penggerak hibrid seri dan sistem manajemen energi pada purwarupa generasi II ini, maka penyelesaian interior belum bisa dikatakan mencapai 100%, terutama pada bagian display indikator.


64


Gambar 43. Pembuatan dashboard mobil

Gambar 44. Interior pada stasiun kerja pengemudi

Gambar 45. Purwarupa Generasi II setelah penyelesaian interior


65


Gambar 46. Interior purwarupa generasi II dari beberapa sudut

3.1.4 Pengembangan Sistem Manejemen Energi Hibrid

Manajemen energi sederhana untuk mobil hybrid sistem seri : -

Manajemen energi sederhana mobil hybrid menggunakan sumber energi penggerak motor listrik dan motor bakar pengisian ulang energi. Manajemen energi ini berdasarkan kondisi aki sebagai sumber energi motor listrik. Outputnya berupa menyalakan atau mematikan

-

Perumpamaan komponen-komponen pada kendaraan hibrid seri : * Aki diumpamakan dengan tangki air * SOC (State Of Charge / bisa dikatakan sebagai sisa energi pada aki ) diumpamakan dengan air yang ada didalam tangki * relay diumpamakan sebagai keran air * Arus listrik diumpamakan aliran air

-

Kondisi aki pada saat SOC 80% akan diambil sebagai batas atas pada sistem manajemen energi.

-

Jika kendaraan hibrid sedang melakukan pengisian ulang pada aki atau pada saat motor bakar bekerja maka fenomena-fenomena tegangan diatas harus diterjemahkan sebagai sinyal untuk menandakan bahwa aki dalam kondisi penuh.


66


FLOWCHART MANAGEMENT ENERGI HYBRID SERIES

start

Baca tegangan

Apakah teg. < dari reff

Apakah I > Ich

Apakah I > Ias

Saklar ON => ON Saklar Off => OFF

Saklar ON => ON Saklar Off => OFF

DELAY

DELAY

Saklar ON => OFF Saklar Off => OFF

Saklar ON => OFF Saklar Off => OFF

Apakah Engine sudah ON

Apakah Engine sudah ON

Apakah SOC sudah terpenuhi

Apakah I > Ias

DELAY Saklar ON => OFF Saklar Off => ON

Saklar ON => OFF Saklar Off => ON

Gambar 47. Flowchart manajemen energi hibrid seri


67


Gambar 48. Pengujian Sistem Penggerak dan Manajemen Energi

3.2 Evaluasi Desain Purwarupa Mobil Hibrid Seri Generasi II

Perancangan purwarupa generasi II merupakan pengalaman pertama bagi sebagian besar anggota tim perancang. Meskipun sebelumnya telah dibuat purwarupa generasi I, perlu diketahui bahwa itu hanyalah sasis platform untuk menguji algoritma dan fungsi komponen-komponen penggerak sistem hibrid seri. Keterbatasan itu membuat kurangnya kemampuan dalam melakukan kajian proses pembuatan purwarupa, terutama mengenai keterbatasan komponen dan pengaruhnya dalam keputusan desain. Seringkali komponen yang ingin dipakai tidak dapat diperoleh di pasaran sementara di sisi lain tidak mungkin membuat setiap komponen yang dipergunakan dalam pembuatan purwarupa. Purwarupa generasi II dirancang berdasarkan kajian terhadap generasi I. Tetapi karena perubahan spesifikasi penggerak yang akan dipakai, satu-satunya hasil kajian yang bisa diterapkan adalah dalam hal dimensi kendaraan. Ketika pembuatan sasis sudah berjalan, spesifikasi motor listrik sebagai penggerak mobil belumlah pasti karena belum tibanya motor yang dipesan, yang tentu berarti jumlah baterai yang diangkut juga belum pasti. Hal ini berpengaruh pada lemahnya penetapan parameter dalam perancangan sasis. Pada sistem transmisi yang awalnya hendak memakai transmisi otomatis seperti yang telah dipakai di mobil listrik ternyata mengalami kendala dalam produksinya, sehingga terpaksa memakai transmisi manual dari mobil yang ada di pasaran. Ini berpengaruh pada peningkatan panjang kendaraan yang dibuat sampai sekitar 600 mm. Akibatnya desain harus diulang lagi yang tentu saja memakan waktu. Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

68


Proses pembuatan bodi yang memakai bahan pelat besi juga merupakan hal baru. Sebelumnya mobil listrik menggunakan bahan komposit fiber glass, tetapi setelah ditemukan kelemahan pada deformasi bentuk akibat ekspos cuaca, maka diputuskan beralih ke pelat besi. Keterbatasan pengetahuan akan komponen yang ada di pasaran berpengaruh pada kurang matangnya pengembangan bentuk desain. Juga kurangnya kesadaran akan karakteristik bahan dan cara produksinya menimbulkan kesulitan dalam proses produksi. Perbedaan antara bahan yang dipakai dalam simulasi komputer dengan yang ada di pasaran yang seringkali tidak standar juga berpengaruh pada tidak sesuainya data di lapangan dengan dalam desain digital. Hal ini membuat diperlukannya banyak perbaikan secara langsung ketika pengujian di lapangan seperti penguatan sasis dan suspensi. Komponen

yang

diimpor

juga

mengalami

permasalahan

dalam

penggunaannya, seperti speed control yang bermasalah pada software-nya sehingga tidak bisa dipergunakan dan terpaksa diganti dengan pengembangan speed control sendiri yang menimbulkan biaya tambahan serta menyita waktu. Celakanya, sistem garansi speed control adalah return to base basis, dan bukan on site, sehingga harus dikirim kembali ke pabriknya yang tentu saja tidak bisa dilakukan akibat tidak disiapkannya biaya pengiriman sebelumnya. Karena itu dalam perancangan purwarupa generasi III yang pertama dilakukan adalah mendata dan mengumpulkan komponen di pasaran yang akan digunakan sehingga pengembangan desain dapat terhindar dari banyaknya proses trial and error yang cukup memakan waktu. Hal ini cukup diuntungkan dengan telah tersedianya motor listrik. Karena itu desain diawali dengan pembuatan sasis dan pemasangan sistem sedangkan pembuatan bodi akan menjadi opsi terakhir yang sepertinya tidak akan dilakukan pada kegiatan tahun 2008 ini.

3.3 Perancangan Sasis Purwarupa Mobil Hibrid Seri Generasi III

Ada beberapa parameter dasar yang ditetapkan dalam perancangan sistem Sasis untuk purwarupa generasi III : a. Mobil Hibrid untuk versi jalan raya direncanakan untuk tipe MPV dan penambahan lebar Wheelbase & Wheeltread dari model city car pada generasi II.


69


b. Sasis yang dipakai adalah model rangka tangga (ladder sequence) yang umum dipakai pada kendaraan penumpang dan angkutan barang. Kelebihan utama dari rangka model ini adalah fleksibel dengan berbagai bentuk dan tipe bodi kendaraan. c. Ban yang dipakai adalah 105/65/15 dengan velg 16x6.5. d. Menggunakan sistem transmisi manual 5 kecepatan. e. Suspensi depan double wishbone yang lebih mudah di setting dan suspensi belakang pegas daun yang lebih mampu menahan beban berat. f. Rem depan berupa rem cakram dan rem belakang berupa rem tromol.

Gambar 49. Sasis Generasi III dan model Equivalent Stress Test

Gambar 50. Pembuatan Sasis Purwarupa Generasi III

Rancangan rangka sasis telah disimulasikan kekuatannya dalam CAD, sehingga batasan-batasan kemampuannya dapat diperkirakan, yang pada akhirnya akan menjadi design requirements and objectives purwarupa generasi III (data simulasi bisa dilihat pada lampiran Laporan ini). Hal ini akan membuat pengembangan desain bodi yang mengikuti sasis lebih terarah sehingga proses perancangan menjadi lebih efektif dan efisien.


70


Gambar 51. As Roda belakang (kiri) dan mounting pegas daun pada rangka sasis

Desain bodi purwarupa generasi III masih dalam pemikiran awal yang kasar karena pada tahun 2008 ini memang hanya ditargetkan pada penyelesaian sasis. Sketsa awal yang dibuat lebih merupakan penggalian ide desain.

Gambar 52. Sketsa alternatif desain bodi purwarupa generasi III


71


BAB IV. KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

Kegiatan rancang bangun sistem transportasi ramah lingkungan dan hemat energi yang telah berlangsung dari tahun 2005 harus diakui masih memiliki banyak kekurangan dari berbagai segi. Berbagai keterbatasan, seperti dalam sumber daya manusia dan peralatan kerja sangat menghambat optimalnya pencapaian target. Tetapi bagaimanapun juga telah berhasil diwujudkan secara fisik tiga buah purwarupa, yaitu generasi I yang berupa sasis untuk menguji sistem hibrid seri, generasi II yang berupa mobil jenis mobil kota (purwarupa utuh lengkap dengan sasis dan bodi), dan generasi III yang sampai tahun 2008 masih berupa sasis. Spesifikasi teknis purwarupa generasi II adalah sebagai berikut: •

Motor Penggerak

: 36 Volt DC, 4.15 HP continuous, 2300 RPM.

•

Sistem Penggerak : menggunakan motor listrik yang menempel pada transmisi 4 speed terkopel ke differential melalui propshaft.

•

Kendali kecepatan : menggunakan speed control dan transmisi 4 speed manual.

•

Baterai : Lead Acid, 6 Volt 220 Ah sebanyak 6 unit dirangkai seri.

•

Sistem Pengereman : double disk brake.

•

Steering : Rack and Pinion

•

Suspensi : MacPherson Strut (depan); semi-independent coil spring (belakang)

•

Dimensi : 3600 mm x 1460 mm x 1610 mm (p x l x t)

•

Kapasitas angkut : 4 orang

Spesifikasi teknis purwarupa generasi III adalah sebagai berikut: •

Motor Penggerak

: 120 Volt DC, 25.2 HP continuous, 6000 RPM.

•

Sistem Penggerak : menggunakan motor listrik yang menempel pada transmisi 5 speed terkopel ke differential melalui propshaft.

•

Kendali kecepatan : menggunakan speed control dan transmisi 5 speed manual.

•

Baterai : Lead Acid, 6 Volt 220 Ah sebanyak 20 unit dirangkai seri.

•

Sistem Pengereman : disk brake 14” (depan) drum brake (belakang).

•

Steering : Rack and Pinion

•

Suspensi : Double wishbone (depan); semi-elliptic leaf spring (belakang)


72


•

•

Dimensi :

wheelbase

: 2650 mm

lebar

: 1670 mm

front wheeltread

: 1445 mm

rear wheeltread

: 1410 mm

Kapasitas angkut : 5 orang (minimal)

Dalam proses desain mobil ada beberapa hal yang perlu dicatat: -

Keterbatasan data hard point (komponen yang tidak didesain) membuat spesifikasi berubah-ubah. Hal ini membuat seringkali terjadi perubahan spesifikasi pada proses perancangan yang membuat kegiatan agak terlambat dari jadual seharusnya.

-

Keterbatasan pengetahuan mengenai proses produksi dan karakter bahan yang berbeda dari proses simulasi membuat banyak perbedaan antara proses perancangan dengan pembuatan, sehingga membutuhkan perbaikan.

-

Tidak adanya design requirements and objective (DR&O) sedari awal, yang berfungsi memberi ruang pembatas dalam desain agar desain lebih terfokus, membuat konsep desain cenderung mengambang.

-

Penggunaan metode trial and error tidak memungkinkan dapat dilakukannya

concurrent design yang seharusnya bisa menghemat waktu karena setiap bagian tim desain bergerak bersamaan. -

Keterbatasan SDM dan sarana tidak memungkinkan penerapan metode desain yang ideal, sehingga pelencengan antara tahap perencanaan dan pelaksanaan seringkali terjadi. Karena itu improvisasi di lapangan adalah suatu keharusan.

Dalam bidang manajemen energi mobil hibrid ada beberapa catatan: -

Menajemen energi untuk kendaraan hibrid dapat dilakukan dengan cara yang sederhana

-

Denngan melihat fenomena tegangan yang terjadi dapat mengontrol motor bakar untuk menyala dan mati

-

Untuk dapat membaca fenomena tegangan besaran analog harus dirubah kebesaran digit. Proses ini saat ini belum selesai, dan masih dalam tahap penelitian.

-

Keterbatasan tenaga yang mengerjakan manajemen energi pada akhirnya membuat bidang ini adalah bidang yang lebih tertinggal pembuatannya dibanding rancang bangun sasis dan bodi terutama pada purwarupa generasi II.


73


Dalam bidang rancang bangun sasis mobil hibrid hal yang dicatat antara lain: -

Rangka tangga dianggap cukup mampu menahan beban yang dimiliki mobil hibrid tipe seri. Terutama beban yang disebabkan oleh penggunaan baterai dengan kapasitas besar, yaitu baterai Lead-Acid sebanyak 12-20 unit (tergantung pada motor listrik yang digunakan). Tetapi pada kenyataannya ketika dibebani sampai 20 untit baterai, sasis generasi II mulai melengkung, akibat perbedaan material saat simulasi dengan yang tersedia di lapangan.

-

Studi terhadap bahan material kontruksi sasis menghasilkan keputusan untuk membuat sasis generasi II dengan menggunakan bahan batang sasis rangka tangga baja profil kotak ukuran 4 x 8 cm2 dengan tebal 3 mm. Hal ini disebabkan sulitnya mendapatkan kanal C dengan ketebalan minimal 3 mm. Besi profil kotak juga lebih mudah dibuat secara manual dengan alat yang terbatas tanpa mengorbankan kepresisian. Sedangkan untuk sasis generasi III dibuat dari pelat 5 mm yang dibentuk menjadi profil kotak.

-

Penggunaan suspensi mobil minibus dengan pertimbangan mampu menahan beban mobil hibrid yang berat totalnya kurang lebih setara mobil minibus, bukan mobil kecil, karena berat baterai.

Dalam bidang rancang bangun bodi mobil hibrid ada beberapa pengalaman yang perlu diperhatikan: -

Pengembangan desain bodi mengikuti perbandingan desain mobil yang ada di pasaran, mobil konsep, faktor ergonomi dan aerodinamika. Tetapi dalam tahap pembuatan

purwarupa

disadari

juga

pentingnya

mempertimbangkan

kemampuan produksi dalam pemilihan desain. -

Perancangan kendaraan yang memperhitungkan faktor ergonomi sedari awal sudah mengikuti tren desain yang berfokus pada pengguna.

-

Banyak komponen bodi memakai komponen kendaraan lain yang mudah diperoleh di pasaran sehingga diharapkan tidak akan terjadi kesulitan jika purwarupa direproduksi.

-

Kondisi pada desain yang berimprovisasi pada pelaksanaan akibat perubahan pada dimensi sasis, memerlukan perekaman data sebagai hubungan timbal balik dengan modelling CAD sehingga memungkinkan pembuatan produk dalam jumlah banyak, sayangnya pengukuran manual pada bodi yang didominasi kurva tidak presisi.


74


-

Pemakain bahan pelat besi untuk bodi yang melengkung cenderung memakan waktu lama jika dilakukan secara manual, selain itu lapisan dempul yang diperlukan juga relatif tebal sehingga menambah berat mobil, yang ironis jika dibandingkan dengan konsep ramah lingkungan yang diusungnya.

4.2 Saran

Untuk pengembangan lebih lanjut dari penelitian mengenai mobil hibrid ini, ada beberapa saran yang bisa dikemukakan, antara lain : -

Pada tahap awal diperlukan pemilihan anggota tim peneliti yang benar-benar diperlukan sesuai disiplin ilmunya dan memiliki komitmen tinggi terhadap penlaksanaan kegiatan. Hambatan manajerial yang dihadapi seperti yang sudah-sudah bisa dipastikan akan membuat kegiatan penelitian sejenis sulit dilaksanakan lagi.

-

Penentuan design requirements and objective pada tahap awal desain untuk memberi haluan perancangan sehingga proses tidak melenceng dan mampu menghemat waktu dan bahan. Perlu studi yang lebih detail sebelum menentukan DR&O.

-

Sistem manajemen energi yang masih analog sebaiknya dilanjutkan ke sistem digital untuk tingkat kepresisian SOC yang lebih baik.

-

Perancangan dengan konsep berpusat pada pengguna dilanjutkan. Dengan adanya alat ukur yang lebih baik diharapkan tingkat kenyamanan desain akan lebih baik lagi.

-

Perlu adanya studi ulang pada desain sasis berkaitan dengan kekuatan sasis, penyebaran beban, dan kaki-kaki. Untuk tahap perancangan, terutama pada bagian pembuatan detail, sangat sulit mengharapkan kerja yang optimal dari satu orang saja, karena itu jumlah penelti dan teknisinya perlu ditambah.

-

Perlu adanya komunikasi lebih intensif antara bagian desain dengan bagian produksi, terutama untuk menyesuaikan bentuk desain dengan kondisi produksi di lapangan.

-

Untuk kepresisian perekaman data ke dalam komputer terutama pada komponen yang berbentuk kurva, perlu adanya semacam 3D scanner. Hal ini akan membantu trade-off antara 3D modelling dengan produksi di lapangan, terutama jika sewaktu-waktu terjadi penyesuaian.


75


UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Bapak Ir. Adi Santoso, M.Sc selaku Kepala Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik LIPI, Dr. –Ing. Mochamad Ichwan, selaku mantan Kepala Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik LIPI, Bapak Ir. Abdul Hapid selaku Kepala Bidang Sarana Transportasi P2 Telimek-LIPI, Bapak Oyon, Denny, dan kawan-kawan dari bengkel Family, Bapak Ace Yuyu dan teman-teman dari Marga Maju Canvas, dan Aam Muharam, Amin, Daddy Kris, rekan-rekan sesama pegawai di Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik LIPI yang tidak bisa disebutkan satu per satu, tetapi sangat membantu dalam pelaksanaan penelitian mobil hibrid ini. BUKAN UCAPAN TERIMA KASIH ditujukan kepada para karyawan Telimek LIPI yang telah menerima honor tiap bulan dari kegiatan ini tetapi tidak membatu sedikit pun dalam kegiatan ini. NYUSAHIN AJA KALIAN..........


76


DAFTAR PUSTAKA

1. Amelia, Lusiawati, Fransiscus, Suliana, Julianto, 1997. Perancangan Interior

Mobil Berdasarkan Ergonomi, Bunga Rampai Ergonomi Indonesia. 2. Birtley, Neil (2002) “Body Design: The Styling Process”, In: An Introduction

to Modern Vehicle Design, Ed: Julian Happian Smith, ButterworthHeinemann, Oxford, hal 93-109 3. Daryanto, Drs., 2004. Reparasi Casis Mobil. Bina Adiaksara. Hlm 1-8. 4. Eko Putra Agfianto, 2002. Belajar Mikrokontroler. Gava Media, Yogyakarta 5. Fenton, John (1996) Handbook of Vehicle Design Analysis, Mechanical Engineering Publications Limited, England, hal 296-318 6. Freeman D., Heacock D.,1994. Battery Capacity Monitoring withing portable

system”, procs. High frequency Power Conversion Conf., pp 231-241. 7. Giacomin, J., S. Quattrocolo. 1997. An Analysis of Human Comfort when

Entering and Exiting The Rear Seat of An Automobile, Applied Ergonomics, Vol 28, No 5/6. 8. Happian-smith, J., 2002. An Introduction to Modern Vehicle Design. Reed Educational and Professional Publishing Ltd 2002. Great Britain. Hlm 125155. 9. Howatson, A.M., Lund, P.G and Todd, J.D. Engineering Tables and Data p41. http://en.wikipedia.org/wiki/Tensile_strength.

2007.

Diakses

tanggal

:

25 September 2007. 10. Indonesia,

Bridgestone.

PT,

2003.

Katalog

Produk

Techno

370.

www.bridgestone.co.id, diakses tanggal 12 Agustus 2007. 11. 1868, Industry Study., 2004. World Light Hybrid-Electric Vehicles. The Freedonia Group, Inc. Hlm 33-34. 12. KonevA., Lezhnev L., Kolmanovsky I.. Control Strtegy Optimization for a

Series Hybrid Vehicle. SAE 2006-01-0663. 13. Leaney, P. G., and R. Marshall (2002) “The Manufacturing Challenge for

Automotive Designers”, In: An Introduction to Modern Vehicle Design, Ed: Julian Happian Smith, Butterworth-Heinemann, Oxford, hal 57-92. Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

77


14. Luhukay. J. (2007) Karimun Estilo, Mampukah Angkat Penjualan Mobil Kota. Kompas, 25 Mei, hal 34 15. Masrah, 2004. Penelitian Mobil Marlip di Puslit Telimek LIPI, Prosiding Konferensi Nasional Tenaga Listrik dan Mekatronik Ke-1 Tahun 2004, Hal 31-35. 16. Nurmianto, Eko. 1998. Ergonomi Konsep Dasar dan Aplikasinya. Guna Widya, Jakarta. 17. Pheasant, Stephen (2003) Bodyspace, Anthropometry, Ergonomics, and the

Design of Work, second edition, Taylor&Francis, London, hal 75-80. 18. Porter, J. Mark and C. Samantha Porter (2002) “Occupant Accommodation: an Ergonomics Approach”, In: An Introduction to Modern Vehicle Design, Ed: Julian Happian Smith, Butterworth-Heinemann, Oxford, hal 233-275. 19. Prasetyowibowo, Bagas, 1997. Ergonomi Interior Pesawat Terbang dan

Interior Sarana Transportasi, Bunga Rampai Ergonomi Indonesia. Hal I-27 – I31. 20. Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J.W., 2001. The Automotive Chassis, Second edition. Reed Elsevier and Professional Publishing Ltd 2001. Great Britain. 21. Sanders, M. S. McCormick. E-J. 1992. Human Factors in Engineering and

Design. McGraw-Hill, Singapore. 22. Suzuki. 2007. Spesifikasi Suzuki Realvan. www.suzuki.co.id, diakses tanggal 12 Agustus 2007. 23. Sutalaksana, Iftikar Z., 1997.Produk-produk Ergonomis dan Strategi

Mewujudkannya, Bunga Rampai Ergonomi Indonesia, Hal I-19 – II-24. 24. Wasito S, 1990. Vademekum Elektronika. PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 25. Weimer, Jon, 1993. Handbook of Ergonomic and Human Factors Tables. Prentice-Hall, New Jersey. 26. Wickens, Christopher D., J. D. Lee, Yili Liu, Gordon Becker, 2004. An

Introduction to Human Factors Engineering, Second Edition. Prentice-Hall, New Jersey. 27. Woodson, Wesley E. 1981. Human Factors Design Handbook, Information

and Guidelines for The Design Systems, Facilities, Equipment, and Product for Human Use. McGraw-Hill, New York. Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan Dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

78

Analysis of Frame Dasar ___ uji.ipt

Page 1 of 5

Analysis of Frame Dasar ___ uji.ipt Author:

SUNARTO KALEG

Analysis Created:

Friday, November 28, 2008 11:15:29 AM

Analysis Last Modified:

Friday, November 28, 2008 2:51:21 PM

Report Created:

Tuesday, December 02, 2008 9:21:34 AM

Database:

E:\WORKS & PROJECT (PEKERJAAN)\GENERASI 2 - HYBRID SERI\CHASSIS\Frame Dasar ___ uji.ipa

Software:

Autodesk Inventor Professional 10.0 ANSYS Technology

Introduction Autodesk Inventor Professional Stress Analysis was used to simulate the behavior of a mechanical part under structural loading conditions. ANSYS technology generated the results presented in this report. Do not accept or reject a design based solely on the data presented in this report. Evaluate designs by considering this information in conjunction with experimental test data and the practical experience of design engineers and analysts. A quality approach to engineering design usually mandates physical testing as the final means of validating structural integrity to a measured precision. Additional information on AIP Stress Analysis and ANSYS products for Autodesk Inventor is available at http://www.ansys.com/autodesk.

Geometry and Mesh The Relevance setting listed below controlled the fineness of the mesh used in this analysis. For reference, a setting of -100 produces a coarse mesh, fast solutions and results that may include significant uncertainty. A setting of +100 generates a fine mesh, longer solution times and the least uncertainty in results. Zero is the default Relevance setting. TABLE 1 Frame Dasar ___ uji.ipt Statistics Bounding Box Dimensions

3283 mm 330. mm 1030 mm

Part Mass

65.04 kg

Part Volume

8.285e+006 mm³

Mesh Relevance Setting

0

Nodes

106846

Elements

54756

Bounding box dimensions represent lengths in the global X, Y and Z directions.

Material Data The following material behavior assumptions apply to this analysis: l l l l

Linear - stress is directly proportional to strain. Constant - all properties temperature-independent. Homogeneous - properties do not change throughout the volume of the part. Isotropic - material properties are identical in all directions.

file://C:\Documents and Settings\SUNARTO KALEG\Application Data\Ansys\AIP100\Report.htm

12/2/2008


Page 2 of 5 TABLE 2 Steel

Young's Modulus

2.1e+005 MPa

Poisson's Ratio

0.3

Mass Density

7.85e-006 kg/mm³

Tensile Yield Strength

207. MPa

Tensile Ultimate Strength

345. MPa

Loads and Constraints The following loads and constraints act on specific regions of the part. Regions were defined by selecting surfaces, cylinders, edges or vertices. TABLE 4 Load and Constraint Definitions Name

Type

Magnitude

Vector

Force 5

Surface Force

2000 N

7.105e-013 N -2000 N -2.286e-011 N

Force 6

Surface Force

625. N

0. N -625. N -1.85e-013 N

Force 7

Surface Force

625. N

0. N -625. N 0. N

Fixed Constraint 3

Surface Fixed Constraint

0. mm

0. mm 0. mm 0. mm

TABLE 5 Constraint Reactions Name

Force

Vector

Moment

Moment Vector

Fixed Constraint 3

0. N

0. N 0. N 0. N

0. N·mm

0. N·mm 0. N·mm 0. N·mm

Note: vector data corresponds to global X, Y and Z components.

Results The table below lists all structural results generated by the analysis. The following section provides figures showing each result contoured over the surface of the part. Safety factor was calculated by using the maximum equivalent stress failure theory for ductile materials. The stress limit was specified by the tensile yield strength of the material. TABLE 6 Structural Results Name

Minimum

Maximum

Equivalent Stress

8.868e-004 MPa

23.13 MPa

Deformation

0. mm

0.1781 mm

Safety Factor

8.948

N/A


12/2/2008


Page 3 of 5

Figures FIGURE 1 Equivalent Stress


12/2/2008


Page 4 of 5 FIGURE 2 Deformation


12/2/2008


Page 5 of 5 FIGURE 3 Safety Factor


12/2/2008

6. Chassis design and analysis John Robertson, BScEng, CEng, MIMechE The aim of this chapter is to: • • • • •

Introduce the loadings on vehicle structures; Introduce the different types of vehicle structure and their use; Indicate how these loadings can be analysed simply and with the use of computers; Suggest the requirements for sound vehicle structural design; Give examples of simple structural analysis which highlights the processes involved for vehicle structures.

6.1 Load case, introduction The loads imposed on the chassis or body structure of a passenger car or light commercial vehicle due to normal running conditions are considered in this chapter. That is, the loads caused as the vehicle traverses uneven ground and as the driver performs various manoeuvres. There are five basic load cases to consider. 1. Bending case This is loading in a vertical plane, the x–z plane due to the weight of components distributed along the vehicle frame which cause bending about the y-axis, see Figure 6.1(a). z

x

y

Fy Fz

Figure 6.1(a) Vehicle bending case

2. Torsion case The vehicle body is subjected to a moment applied at the axle centrelines by applying upward and downward loads at each axle in this case. These loads result in a twisting action or torsion moment about the longitudinal x-axis of the vehicle, see Figure 6.1(b).

126 An Introduction to Modern Vehicle Design z

x

y

R R′ 2

RF 2

tf

R R′ 2

tr

RF 2

Figure 6.1(b) Vehicle torsion case

3. Combined bending and torsion In practice, the torsion case cannot exist without bending as gravitational forces are always present. Therefore, the two cases must be considered together when representing a real situation, see Figure 6.1(c). z

x

y

R R + R R′ 2

O RF

R R + R R′ 2

Figure 6.1(c) Vehicle combined bending and torsion

4. Lateral loading This condition occurs when the vehicle is driven around a corner or when it slides against a kerb, i.e. loads along the y-axis, Figure 6.1(d). 6. Fore and aft loading During acceleration and braking longitudinal forces are generated (along the x-axis). Traction and braking forces at the tyre to ground contact points are reacted by mass times acceleration (deceleration) inertia forces, see Figure 6.1(e). The most important cases are those of 1 (bending), 2 (torsion) and 3 (bending and torsion) as these are paramount in determining a satisfactory structure (Pawlowski, 1964). The lateral

Chassis design and analysis

127

z

x

y

Fy Fz

Figure 6.1(d) Vehicle lateral loading

z

x

y

Fz

Figure 6.1(e) Vehicle fore/aft loading

loading and fore-aft loading cases require attention when designing the suspension mounting points to the structure but are less significant on the structure as a whole. Other localized loading conditions such as loads caused by door slamming, seat belt loads, etc., are not considered in this work. 6.1.1 Bending case The bending conditions depend upon the weights of the major components of the vehicle and the payload. The first consideration is the static condition by determining the load distribution along the vehicle. The axle reaction loads are obtained by resolving forces and taking moments from the weights and positions of the components (i.e. the equations of statics). The structure can be treated as a two-dimensional beam as the vehicle is approximately symmetric about the longitudinal x-axis. A typical medium size passenger car load distribution is shown in Figure 6.2. Examination of Figure 6.2 shows a typical list of the major components of the vehicle that are considered. The distributed loads are estimates of the weight per unit length for the body of the vehicle including trim details. The unsprung masses consisting of wheels, brake discs/ drums and suspension links are of course not included as they do not impose loads on the structure.

Rear bumper 140 N

500 N

Luggage

Fuel tanks + luggage

Rear pass/seats 650 N

150 N

6184 N

0.85 N/mm

7196 N

Rear

650 850 1100 1250

2880 3000 3100 3300 3450 3850 4200

Front axle

2050

Front axle

Front

2200 N

1.65 N/mm

1.45 N/mm

300

Exhaust

Front pass/seats

850 N

1700 N

Engine/trans.

Engine/trans. 900 N

600 N

130 N

Radiator

Front bumper

128 An Introduction to Modern Vehicle Design

Figure 6.2 Typical passenger vehicle bending loads

From the load diagram Figure 6.2, the bending moment diagram and shear force diagram can be constructed in the normal way. Figures 6.3 and 6.4 show these diagrams constructed

2500.00 2000.00

1000.00

–1000.00 –1500.00

Figure 6.3 Passenger car bending moments

4200

4000

3600

3800

3200

Distance from front bumper (mm)

3400

3000

2600

2800

2200

2400

2000

1800

1400

1600

1000

800

1200

–500.00

400

0.00

600

500.00

200

Bending moment (Nm)

1500.00


129

5000 4000 3000

4200

3800

4000

3400

3600

3000

3200

2600

2800

2200

2400

1800

2000

1400

1600

1000

600

1200

–1000

800

0

200

1000

400

Shear force (N)

2000

–2000 –3000 –4000 –5000

Distance from front bumper (mm)

Figure 6.4 Passenger car shear force diagram

using a computer spreadsheet method. Values taken from these diagrams can be used to determine stress conditions on a chassis frame or on the side-frame of a passenger car. The Dynamic Loading must be considered as the vehicle traverses uneven road surfaces. For example, the vehicle may pass over a hump-back bridge at such a speed that the wheels leave the ground. The resulting impact of the vehicle returning to earth is cushioned by the suspension system but inevitably causes a considerable increase in loading over the static condition. Experience gained by vehicle manufacturers indicates that the static loads should be increased by factors of 2.5 to 3.0 for road going vehicles. Off-road or cross-country vehicles may be designed with factors of 4 (Pawlowski, 1964). 6.1.2 Torsion case The case of pure torsion can be considered simply as being applied at one axle line and reacted at the other axle. The condition of pure torsion cannot exist on its own because vertical loads always exist due to gravity, as mentioned in the introduction. However, for ease of calculation the pure torsion case is assumed. The maximum torsion moment is based on the loads at the lighter loaded axle, and its value is the wheel load on that lighter loaded axle multiplied by the wheel track. See the following section (6.1.3) for further explanation. The loads at the wheels are then as shown in Figure 6.1(b). The torsion moment

RF R t = R tr 2 f 2

(6.1)

The front and rear track tf and tr respectively may be slightly different and the rear axle load RR is usually smaller then RF for a modern passenger car even when fully laden. In this situation RR is the load on the rear axle for the fully laden case RF will be less than the front axle load for the same fully laden condition.

130 An Introduction to Modern Vehicle Design Once again these loads are based on static reaction loads but dynamic factors in this case are typically 1.3 for road vehicles (Pawlowski, 1964). For trucks which often go off road 1.5 and for cross-country vehicles a factor of 1.8 may be used. 6.1.3 Combined bending and torsion If the static loading cases of bending and torsion are combined the loading condition shown in Figure 6.1(c) will be achieved. This represents the situation arising if one wheel of the lighter loaded axle is raised on a bump of sufficient height to cause the other wheel on that axle to leave the ground. Pawlowski (1964) recommended that a maximum bump height of 200 mm should be considered as most cars have a suspension bump to rebound travel of 200 mm or less. The present writer considers the 200 mm bump height will lift the other wheel of the same axle off the ground. In this condition all the load of the lighter axle is applied to one wheel. If this principle is applied to the vehicle described in Figure 6.2 and assuming the front track tf = 1450 mm and rear track tr = 1400 mm. The load on the right wheel of the rear (lighter loaded) axle will be the total axle load Re = 6184 N, the torque on the body 4328 N-m and RF′ is 5971 N. Resultant wheel loads at the front axle are Right wheel Left wheel

RFTR = RFTL =

RF R′ – F = 7196 – 5971 = 613 N 2 2 2 2

(6.2)

RF R′ + F = 7196 + 5971 = 6583 N 2 2 2 2

(6.3)

If the left front wheel had been lifted instead of the right rear wheel the same situation would have occurred, i.e. the left rear wheel load will reduce to zero before the right front wheel. Any further lifting of the left front wheel (or right rear wheel) will not increase the torque applied to the vehicle structure. 6.1.4 Lateral loading When cornering, lateral loads are generated at the tyre to ground contact patches which are 2 balanced by the centrifugal force MV where M is the vehicle mass, V is the forward speed, R R is the radius of the corner (see Figure 6.1(d)). The worst possible condition occurs when the wheel reactions on the inside of the turn drop to zero, that is when the vehicle is about to roll over. In this condition the structure is subject to bending in the x–y plane. The condition approaching the roll-over is shown in Figure 6.5 and depends upon the height of the vehicle centre of gravity and the track. At this condition the resultant of the centrifugal force and the weight passes through the outside wheels contact patch (A) MV 2 h = Mg t 2 R 2 gt Therefore lateral acceleration = V = R 2h

(6.4)


131

MV 2 R

h A

Mg (a)

RI → O

t

Ro → Mg

YR

b

MV 2 R

a

YF (b)

Figure 6.5 Maximum lateral loading 2 Mgt Therefore the lateral force at the centre of gravity = MV = 2h R

The side forces at the front tyres = YF = At the rear tyres = YR =

Mgt a 2h ( a + b )

Mgt b 2h (a + b)

(6.5) (6.6)

Rancang Bangun Sistem Transportasi Ramah Lingkungan dan Hemat Energi dengan Konsep Hybrid Car

Recommend Documents