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