TUGAS AKHIR
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER S U RAB AYA 2006
ANALISA PERBANDINGAN KESTABILAN BELOK DAN ARAH KENDARAAN ANTARA DAIHATSU XENIA TYPE 1.3 DELUXE(Xi) DAN TOYOTA AVANZA TYPE 1.3 E Oleh : JIHAN KHALIDY N.
2198 100 124
Dosen Pembimbing : Prof. Ir. I. N. Sutantra, MSc, Ph.D.
LATAR BELAKANG
Dalam memilih kendaraan masyarakat hendaknya mengetahui karakteristik dari kendaraan tersebut, baik secara subyektif maupun obyektif. Penilaian secara subyektif kendaraan meliputi bentuk kendaraan, desain eksterior dan interior. Sedangkan penilaian secara obyektif dari kendaraan meliputi keamanan, kenyamanan, handling, percepatan, ekonomi. Pada dasarnya ada 5 jenis karakteristik kendaraan secara obyektif yaitu : Kenyamanan Keamanan Handling Percepatan Ekonomi
PERMASALAHAN Pada tugas akhir ini penulis akan membandingkan mengenai stabilitas kendaraan pada saat berbelok antara Daihatsu Xenia type 1.3 Deluxe (Xi) dan Toyota Avanza type 1.3 E . Pada tugas akhir ini akan dianalisa kestabilan belok dengan mengunakan analisa skid dan guling pada tingkat kecepatan dan sudut kemiringan jalan tertentu.
TUJUAN 1. Menganalisa kestabilan kendaraan tersebut terhadap skid dan guling pada saat belok. 2. Mencari kecepatan kritis maksimum sebelum mengalami skid (Vs) dan guling (Vg) 3. Mencari sudut side slip (β) dan radius belok nyata kendaraan (Rn) 4. Mencari nilai koefisien understeer kendaraan(Kus) 5. Menyimpulkan apakah kendaraan mengalami understeer atau oversteer.
BATASAN MASALAH 1. Massa kendaraan dibagi menjadi 3 bagian, yaitu : Wt (berat total kendaraan), Ws (berat badan kendaraan/sprung mass), Wu (berat roda dan poros/unsprung mass). 2. Analisa dilakukan secara teoritis tidak dilakukan eksperimen. 3. Analisa perilaku arah kendaraan dilakukan pada saat kendaraan belok pada jalan datar, kemiringan tertentu, kecepatan tertentu dan percepatan nol. 4. Sudut chamber pada roda sangat kecil dianggap nol sehingga chamber thrust diabaikan. 5. Titik tangkap gaya serang angin berimpit dengan titik berat kendaraaan. 6. Analisa dilakukan dengan kecepatan 20 km/jam, 40 km/jam, 60 km/jam dan kemiringan jalan 0˚, 5˚, 10˚.
Posisi Titik Berat Kendaraan Wt = Wf + Wr a + b)Wr a = (Wf + Wr b=
(a + b)Wf Wf + Wr
Tinggi titik berat kendaraan hr =
(Wf ' (a + b) − W .b) W . tan θd
h = r + hr
Posisi Titik Berat Sprung Mass Lf =
Wt.a − Wur.L Ws
Lr = L - Lf Beban yang diterima suspensi: Wsf = Lr Ws L
Wsr = Lf Ws L
Penurunan suspensi akibat massa sprung Xsf =
Wsf Ksf
Xsr =
Wsr Ksr
Penurunan suspensi di titik berat sprung X = Xsf + Lf ( Xsr − Xsf ) L
Tinggi titik berat sprung
Wt.ht − (Wuf .huf + Wur.hur ) hs = Ws Tinggi titik berat sprung akibat pengaruh suspensi hs’ = hs – X Tinggi titik berat total akibat pengaruh suspensi
ht =
Wuf .huf + Ws.hs + Wur.hur Wt
Tinggi sumbu guling rc = ht + Zs – Sr
a − Xs Sr = hf + (hr – hf) a+b
Radius Belok
Kondisi Ackerman : kondisi dimana belum terjadi sudut slip αf = 0 dan αr = 0 a+b δf
Rack =
β = arc tan (b/R) Radius Putar Nyata
57,29
L δf − αf + αr
Rn =
β = arc tan(tanαr+b/R)
57,29
Gaya Sentrifugal
Gaya sentrifugal pada sprung mass Fs =
Fsy = Fs.cosβ
Fsx = Fs.sinβ
Gaya sentrifugal pada unsprung mass Fuf =
Ws.V 2 R
Wuf .V 2 R
Wur.V 2 Fur = R
Gaya sentrifugal total pada kendaraan Ft =
Wt.V 2 R
Fty = Ft.cosβ
Ftx = Ft.sinβ
Gaya Yang Terjadi Pada Ban
Gaya lateral yang terjadi pada tiap ban di jalan lurus Fy.α1 = Fy.α2 =
b.Fty 2( a + b)
Fy.α3 = Fy.α4 =
a.Fty 2( a + b)
Gaya lateral yang terjadi pada saat ban berbelok F’yα1 = F’yα2 = Fyα1.cosδf + Ftx/4.sinδf F’yα3 = F’yα4 = Fyα3 = Fyα4 Gaya longitudinal yang terjadi pada saat ban berbelok Fx1 = Ftx/4. cosδf - Fyα1.sinδf Fx2 = Ftx/4. cosδf – Fyα1. sinδf Fx3 = Ftx/4 Fx4 = Ftx/4 Gaya normal statis Ffst =
b.Wt L
Frst =
a.Wt L
Defleksi Yang Terjadi Pada Suspensi Kendaraan θ = θ1 + θ2 Ks = ks1 + ks2 Kt = kt1 + kt2 Keq =
ks.kt ks + kt
teq = (t+d)/2 Lr Lr Lf . . θ θf Fsy rc + Ws rc r + Mf = L L L Mr = Lf Fsy.rc + Ws.rc Lr θf + Lf θr L L L Mf = keqf.θf.teqf/2
Mr = keqr.θr.teqr/2
Analisa Perpindahan Beban
Perpindahan beban pada bidang lateral F dinf = (Mr+Fuf.huf+Fsf.hf)/tf F dinr = (Mr+Fur.hur+Fsr.hr)/tr Perpindahan beban pada bidang longitudinal M = Fsx.rc + Ws.rc.(ψ1+ψ2) M = (keqf.Lf2 + keqr.Lr2)ψ Ψ=
m.a.rc + Fsx.rc keqf .Lf 2 + keqr.Lr 2 − Ws.rc
Fdin L = (Fsx.rc+Ws.rc.ψ)/L
Perpindahan Beban Pada bidang Lateral Momen yang terjadi pada kendaraan M = Fsy.rc.cos (θ1+ θ2) + Ws.rc.sin (θ1+ θ2) Karena θ1 + θ2 = 0 θ M = Fsy.rc + Ws.rc.(θ1 + θ2) θ
1
2
Mf =
Lr M L
Mr =
Lf M L Lr Fsy L
Fsf = Fsr =
Lf Fsy L
θf
M
Fs y
Ws
θ r r f
Gaya Normal Total Kendaraan Roda 1 (roda depan sebelah dalam) Fz1 = Ffst/2 – Fdinf + Fdin L/2 Roda 2 (roda depan sebelah luar) Fz2 = Ffst/2 + Fdinf + Fdin L/2 Roda 3 (roda belakang sebelah luar) Fz3 = Frst/2 + Fdinr - Fdin L/2 Roda 4 (roda belakang sebelah dalam) Fz4 = Frst/2 – Fdinr – Fdin L/2
Analisa Skid
Roda 1 dan 2 Fr1 = μ.Fz1 Fr2 = μ.Fz2 Fyαf = Fyα1 + Fyα2 Frf = Fr1 + Fr2 Fyαf < Frf maka roda tidak skid Roda 3 dan 4 Fr3 = μ.Fz3 Fr4 = μ.Fz4 Fyαr = Fyα3 + Fyα4 Frf = Fr3 + Fr4 Fyαr < Frr maka roda tidak skid Vfs =
Vrs =
Ffst + (Ws.rc.ψ ) / L (Wt.b. cos δf . cos β − µ .Ws.rc. sin β ) / L + 0.5.Wt. sin δf . sin β
µ .R
Frst − (Ws.rc.ψ ) / L (Wt.a. cos β + µ .Ws.rc. sin β
µ .R.L
Analisa Guling Mf + Fsf.hf + Fuf.huf + Wuf.huf.θf < Fz2. tf/2 Mr + Fsr.hr + Fur.hur + Wur.hur.θr < Fz3. tr/2 Maka kendaraan tidak guling Vfg =
Ffst / 2 − Mf / tf − (0.5.Ws.rc.ψ ) / L R 0 . 5 . Ws . sin . rc / L − ( Ws . Lr . hf . cos ) / L . tf − ( Wuf . huf ) / tf β β
Vrg =
Frst / 2 − Mr / tr − 0.5.Ws.rc.ψ / L R ( Ws . Lf . hr . cos ) L . tr + Wur . hur / tr + 0 . 5 . Ws . rc . sin / L β β
Hubungan Antar Sudut Slip, Gaya Normal dan Gaya Lateral Untuk
jenis ban bias ply : α = 0.052817 ( Fy α )0.90635 - 0.004633 ( Fz) Untuk jenis ban radial : α = 0.087935 ( Fy α )0.79008 − 0.005277 ( Fz )
Metodologi Penelitian 1.
2. 3.
Studi literatur dilaksanakan dengan mempelajari berbagai teori penunjang yang berkaitan dengan stabilitas kendaraan dari berbagai buku, makalah dan referensi lain. Melakukan studi pustaka dari beberapa tugas akhir terdahulu. Berikut adalah langkah – langkah perhitungan dan analisanya : - Mencari data kendaraan - Mencari posisi titik berat dan tinggi sumbu guling kendaraan. - Masukkan sudut belok(δf) L -Jika αf > 0, αr > 0 maka R = 57.29 δf − αf + αr β = arc tan(tanαr+b/R)
-Jika αf = 0, αr = 0 maka R =
L δf
57.29
β = arc tan(b/R) - Mencari gaya sentrifugal yang terjadi pada kendaraan - Melakukan analisa perpindahan beban pada kendaraan - Mencari gaya lateral dan longitudinal yang terjadi pada ban. - Analisa guling dan kecepatan guling, jika guling stop, jika tidak analisa skid - Analisa skid dan kecepatan skid jika skid stop dan jika tidak dilanjutkan. - Mencari αf, αr, β, Radius belok nyata (Rn) - Mencari Kus jika αf > αr maka understeer, αf < αr maka oversteer - Dilanjutkan sudut belok(δf) yang lebih besar
Start
Data Kendaraan
Masukkan sudut belok(δf)
RR= = αf >0 αr >0
Ya
β = arc tan(tanαr+b/R)
Gaya Sentrifugal
Analisa Perpindahan Beban
B
A
Tidak
LL αf = 0 αr = 0
β = arc tan(b/R)
B
A
Karakteristik Ban
Gaya Pada Ban
Analisa Guling
Ya
Tidak Analisa Skid
Ya
Tidak Mencari αf, αr, Rn dan β
Next δf
(
Stop
Stop
KESIMPULAN 1. Daihatsu Xenia type 1.3 Deluxe (Xi) kosong maupun Toyota Avanza type 1.3 E kosong cenderung lebih stabil sedangkan Daihatsu Xenia type 1.3 Deluxe (Xi) penuh maupun Toyota Avanza type 1.3 E penuh cenderung mengalami oversteer. 2. Pertambahan kecepatan dan sudut belok akan mengakibatkan kendaraan semakin mudah mengalami skid dan guling. 3. Pada kecepatan yang sama, sudut kemiringan jalan yang besar akan menunda terjadinya skid dan guling pada sudut belok yang lebih besar. Hal ini terjadi karena adanya kemiringan jalan akan mengurangi gaya sentrifugal kendaraan. 4. Pada semua kendaraan yang dianalisa kondisi skid dan guling lebih dahulu terjadi pada roda belakang.
Terima Kasih Mohon Saran dan Masukan Untuk Kesempurnaan Tugas Akhir Ini
