Jurnal Jurusan Pendidikan Teknik Mesin (JJPTM) Vol: 8 No: 2 Tahun: 2017

(1)

Analisis Stabilitas Belok Rancangan Kendaraan Ganesha Sakti (Gaski) Berpenggerak Differential Motor Brushless DC Menggunakan Metode Kalkulasi Quasi Dinamik Berbasis Software Microsoft Visual Studio C#

Moh. Iqbal Kafabi, Kadek Rihendra Dantes, Yota Ernanda A.

Jurusan Pendidikan Teknik Mesin

Universitas Pendidikan Ganesha, Singaraja, Bali-Indonesia e-mail:

{[email protected], [email protected], [email protected]}

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kestabilan kendaraan saat berbelok dengan memperkirakan kecepatan kendaraan dengan sudut belok tertentu, sehingga dapat diketahui kecepatan maksimum dimana kendaraan akan mengalami skid dan rolling. Dengan mengetahui kecepatan maksimum kendaraan akan memberikan informasi untuk pengemudi dalam mengendalikan kecepatan kendaraan pada saat berbelok dengan sudut belok tertentu.

Hasil dari penelitian Analisis Stabilitas Belok Rancangan Kendaraan Ganesha Sakti (Gaski) Berpenggerak Differential Motor Brushless DC Menggunakan Metode Kalkulasi Quasi Dinamik Berbasis Software Microsoft Visual Studio C# yaitu pada kecepatan konstan kendaraan cenderung memiliki prilaku understeer pada saat berbelok dengan radius belok yang besar. Kecepatan maksimum kendaraan yang diijinkan saat berbelok adalah 10 km/jam dimana kendaraan tidak mengalami rolling sampai sudut belok roda depan (∂f) = 45º dan skid baru akan terjadi pada sudut belok roda depan (∂f) = 33º dengan kecepatan skid depan (Vsf) = 12,02 km/jam pada kemiringan jalan 0º dan pada kemiringan jalan 15º skid depan akan terjadi pada sudut belok roda depan (∂f) = 43º dengan kecepatan skid depan (Vsf) = 12,96 km/jam.

Kata kunci : stabilitas, sudut belok, skid, rolling, understeer,

Abstract

This study aimed to determine the stability of the vehicle when turning by estimating the speed with certain turn angle, so the maximum speed can be estimated where the vehicle will experience skid and rolling. By estimating the maximum speed of the vehicle, it will provide information for the driver in controlling the speed of the vehicle when turning with certain turn angle.

Results of this study of Stability Analysis Turn Vehicle Design Ganesha Sakti (Gaski) Moving Differential Motor Brushless DC Using Quasi Dynamic Calculation Method Based Software Microsoft Visual Studio C#, showed that at constant speed the vehicles tended to experience under steer when turning with large turn radius. The maximum vehicle speed allowed when turning is 10 km/h where the vehicle does not experience rolling until the angle of the front wheel turn (∂f) = 45º and the new skid will occur at the angle of the front wheel (∂f) = 33º with front skid speed (Vsf) = 12,02 km/h on the slope of the road 0º and on the slope of the road 15º the front skid will occur at the angle of the front wheel (∂f) = 43º with front skid velocity (Vsf) = 12,96 km/h.

Keyword: Stability, angle of turn, skid, rolling, understeer,

(2)

PENDAHULUAN

Kendaraan merupakan alat transportasi yang banyak digunakan oleh manusia dalam melakukan perpindahan dari satu tempat ke tempat lainnya secara cepat dan aman.

Terutama pada kendaraan roda empat khususnya mobil penumpang sudah menjadi kebutuhan bagi masyarakat untuk memudahkan segala jenis aktivitas.

Perkembangan dunia transportasi tidak lepas dari perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang otomotif yang seiring dengan meningkatnya kebutuhan masyarakat akan kendaraan bermotor dalam memenuhi kebutuhannya. Dalam menentukan jenis kendaraan yang akan digunakan, maka perlu beberapa aspek yang harus diperhatikan oleh masyarakat selain desain, kecepatan, ke ekonomisan, dan ramah lingkungan, yaitu aspek keamanan dan kenyamanan dari kendaraan tersebut saat berakselerasi atau saat berbelok. Seperti dewasa ini, banyak berkembang jenis kendaraan modifikasi bertenaga listrik yang banyak diciptakan oleh kalangan mahasiswa Teknik Mesin, baik untuk ajang perlombaan atau untuk pengembangan dalam dunia rancang bangun otomotif, dimana kendaraan tersebut sering disebut Formula Student Automotive Engineering (FSAE).

Akan tetapi semakin banyaknya penggunaan kendaraan bermotor khususunya mobil, memberikan potensi seperti dapat meningkatkan angka kecelakaan yang terjadi di jalan raya yang sering memakan korban jiwa.

Berdasarkan data dari Analisa dan Evaluasi (Anev) Laka Lantas 2015 – 2016 menyebutkan angka kecelakaan pada 2016 yang diakibatkan oleh kendaraan bermotor mencapai 105.374 kejadian, angka tersebut mengalami peningkatan 9,5 % dibandingkan tahun 2015 yang hanya mencapai 98.970 kejadian.

Kecelakaan tersebut salah satunya dikarenakan jenis kendaraan yang dipakai pengendara. Persentase tingkat kecelakaan

yang diakibatkan kendaraan sebesar 2,76 %.

Faktor penting dari kendaraan salah satunya adalah sistem kestabilan kendaraan (Sumber:

Data Investigasi Kecelakaan LLAJ Tahun 2010-2016).

Keamanan kendaraan harus menjadi perhatian utama bagi pengguna, hal tersebut sangat berhubungan dengan tingkat kestabilan yang biasanya pada setiap kendaraan memiliki karakteristik kestabilan tersendiri.

Dengan uraian latar belakang diatas, peneliti ingin menganalisis kestabilan belok pada kendaraan modifikasi Formula Student Automotive Engineering (FSAE) Ganesha Sakti (Gaski) untuk kepentingan keamanan dari penggunaan kendaraan, karena kestabilan kendaraan modifikasi tersebut memiliki karakteristik yang berbeda dengan kendaraan standar pada umumnya, dimana perlu penyesuaian dalam mengendarainya. Dan diharapkan dalam suatu kendaraan terdapat informasi kestabilan sesuai karakteristik kendaraan masing-masing sebagai acuan keamanan bagi pengendara.

Lebih lanjut tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis stabilitas belok kendaraan Ganesha Sakti (Gaski) menggunakan metode Kalkulasi Quasi Dinamik yang dimanfaatkan untuk mengetahui parameter desain pada kendaraan terhadap prilaku arah kendaraan tersebut baik understeer atau oversteer. Tujuan lain dari penelitian adalah untuk menjawab aman atau nyaman tidaknya kendaraan modifikasi khususnya Ganesha Sakti (Gaski) yang menggunakan penggerak Differential Motor Brushless DC dengan penggunaan empat roda ditinjau dari segi stabilitasnya dengan melihat kemampuan beloknya (radius belok), kecepatan kritis untuk skid depan/belakang dengan pembebanan pengemudi, kecepatan kritis untuk roda terangkat (rolling) depan/belakang dengan pembebanan pengemudi.

(3)

KAJIAN TEORI Konsep Stabilitas

Konsep ini menunjukan kemampuan dari kendaraan untuk dikontrol dengan mekanisme disepanjang lintasan yang sudah ditentukan oleh pengendara.

Gerakan dari kendaraan dipengaruhi dan dikontrol oleh gaya yang dihasilkan antara roda dan permukaan jalan, dengan kata lain kendaraan dipandu sepanjang lintasan yang sudah ditentukan oleh konfigurasi roda. Gaya luar yang akan mengganggu keseimbangan gaya akan mengubah kondisi dari gerakan juga lintasan yang dilalui. Lebih lanjut ada dua metode yang menunjukan sifat handling kendaraan yaitu oversteer dan understeer.

Tolok ukur dalam menyatakan kendaraan dikatakan oversteer yaitu saat sudut slip roda belakang (αr) lebih besar dari sudut slip roda depan (αf) dan begitu sebaliknya untuk keadaan understeer.

Konsep ini dapat dijelaskan dengan konsep sudut slip (slip angel). Kondisi ackerman adalah kondisi yang ideal yang mana arah putar kendaraan hanya ditentukan oleh besarnya sudut steer roda depan dan dengan sudut slip sama dengan nol.

Kenyataannya akan selalu ada sudut slip yang yang terjadi sehingga radius putar kendaraan tidak hanya dipengaruhi oleh sudut roda depan saja, tetapi dipengaruhi juga oleh sudut slip. Arah gerak belok yang sebenarnya ditunjukan pada gambar gambar dibawah ini :

Gambar 1. Kondisi netral kendaraan

(1) Jika αr > αf maka R < Rack sehingga kondisi ini disebut oversteer.

Jika αr < αf maka R > Rack sehingga kondisi ini disebut undertseer.

Rancangan Kendaraan Ganesha Sakti Rancangan kendaraan Ganesha Sakti (Gaski) Berpenggerak Differential Motor Brushless DC merupakan mobil listrik ramah lingkungan yang dirancang oleh mahasiswa Pendidikan Teknik Mesin Universitas Pendidikan Ganesha.

Kendaraan menggunakan mesin penggerak BLDC (Motor Brushless DC) yang di jadi satukan dengan gardan ( Differential ) kendaraan tersebut. Desain dari rancangan kendaraan Ganesha Sakti mengacu pada desain mobil Formula Student Automotive Engineering (FSAE) ) dengan tujuan untuk melakukan pengembangan dalam bidang rancang bangun kendaraan otomotif yang ramah lingkungan karena sudah menggunakan energi listrik sebagai sumber penggeraknya dengan harapan dapat mengurangi tingkat pencemaran udara yang sekarang banyak diakibatkan oleh jenis kendaraan bermotor dengan mesin konvensional yang dimana masih menggunakan Bahan Bakar Minyak (BBM) sebagai sumber energi utama.

Gambar 2. Rancangan kendaraan Ganesha Sakti (Gaski) berpengerak motor brushless DC

(4)

Untuk analisis kesetabilan belok pada rancangan kendaraan Ganesha Sakti dengan menggunakan metode Kalkulasi Quasi Dinamik dengan perumusan-perumusan parameter operasional sebagai berikut:

Analisa Skid dan Kecepatan Skid

Skid merupakan suatu keadaan pada kendaraan yang terjadi pada saat berbelok yang diakibatkan oleh gaya kesamping yang terdapat pada roda depan maupun belakang kendaraan, maka akan terjadi kemungkinan kendaraan akan mengalami skid pada roda belakang maupun roda depan atau kedua – keduanya. Jika terjadi skid pada saat berbelok maka akan mengakibatkan kendaraan akan menjadi sulit untuk dikendalikan dan sering menjadi penyebab terjadinya dari suatu kecelakaan lalu lintas. Skid pada roda depan akan tidak terjadi jika, gaya kesamping pada roda libih kecil atau sama dengan gaya gesek yang mampu disukung oleh roda.

Berikut diuraikan formulasi skid pada roda depan dan belakang

Analisa Rolling dan Kecepatan Rolling Rolling atau Guling adalah terjadinya salah satu roda depan atau belakang, atau satu roda depan dan belakang terangkat. Terangkatnya salah satu roda atau kedua roda tersebut adalah menunjukan adanya kemungkinan kendaraan akan terguling. Dalam hal ini kendaraan dikatakan akan dapat mengalami bahaya terguling jika pada saat belok ada roda yang terangkat. Jika satu roda depan terangkat maka, kendaraan dikatakan dalam kondisi kritis akan terguling depan, untuk roda belakang yang terangkat maka, kendaraan dikatakan kritis akan terguling belakang, dan kalau roda depan dan belakang sudah ada yang terangkat maka, kendaraan dikatakan kritis akan terguling total. Roda akan terangkat jika gaya normal yang terjadi pada roda sebesar nol atau negative seperti persamaan berikut:

Fz1 ≤ 0

(5)

Berikut diuraikan formulasi rolling pada roda depan dan belakang:

METODE PENELITIAN

PARAMETER DATA KENDARAAN

Kendaraan yang digunakan sebagai model uji adalah kendaraan Listrik Ganesha Sakti (Gaski) Dimana terdapat parameter-parameter desain yang pada kendaraan sebagai berikut :

 Berat total (Wt) = 135 kg

 Berat depan (Wf) = 64 kg

 Berat belakang (Wr) = 71 kg

 Wheel base (L) = 1600 mm

 Tinggi titik berat (ht) = 235,014 mm

 Jarak c.g ke poros depan (a) = 841,49 mm

 Jarak c.g ke poros belakang (b) = 758,51 mm

 Tinggi sumbu guling depan (hf) = 360 mm

 Tinggi sumbu guling belakang (hr) = 380 mm

 Lebar track depan (tf) = 1470 mm

 Lebar track belakang (tr) = 1120 mm

 Berat pengemudi (Wp) = 75 kg

 Konstanta suspensi depan (Ksf) = 32,04 kg/mm

 Konstanta suspensi belakang (Ksr) = 22,98 kg/mm

 Jarak suspensi depan (teqf) = 1105 mm

 Jarak suspensi belakang (teqr) = 865 mm

 Koefesien gesek jalan = 0,6 Sprung

 Berat sprung (Ws) = 86 kg

 Tinggi c.g sprung (hs) = 99,32 mm

 Jarak c.g sprung ke poros depan (Lf) = 744,19 mm

 Jarak c.g sprung ke poros belakang (Lr) = 855, 81 mm

 Tinggi c.g sprung ke sumbu rolling (rc) = 43,47 mm

Unsprung

 Berat unsprung depan (Wuf) = 18 kg

 Berat unsprung belakang (Wur

) =

31 kg

 Tinggi c.g depan (huf) = 470 mm

 Tinggi c.g belakang (hur) = 475 mm Diagram Alur Penelitian (Flow Chart)

Diagram alur penelitian yang digunakan oleh penulis dalam penelitian Analisis Stabilitas Belok Rancangan Kendaraan Ganesha Sakti Berpenggerak Differential Motor Brushless DC Menggunakan Metode Kalkulasi Quasi Dinamik Berbasis Microsoft Visual Studio C#, adalah sebagai berikut :

(6)

START

Masukan Parameter Desain Kendaraan

Masukan Harga C.G dan Sumbu Guling

Masukan Sudut Belok Untuk δf = 1 sampai 45

αf > 0 αr > 0

𝛽 𝑎𝑟𝑐 tan(𝑡𝑎𝑛 𝑎𝑟 +^𝑏

𝑅𝑛) 𝑅𝑛 𝑎 + 𝑏

𝛿𝑓 − 𝑎𝑓 + 𝑎𝑟 ,

𝛽 𝑎𝑟𝑐 tan( ^𝑏

𝑅𝑎𝑐𝑘) 𝑅𝑎𝑐𝑘 𝑎 + 𝑏

𝛿𝑓 , A

yes

no

Hitung Gaya Sentrifugal

Hitung Gaya Normal Statis

Hitung Pengaruh Perpindahan BebanLateral

Hitung beban Longitudinal

Hitung Gaya Normal Ban Kendaraan (Fz)

Hitung Gaya Lateral Ban

1

Hitung Pengaruh Gaya Belok Dan Gaya Normal Pada Ban

Hitung Pengaruh Tekanan Ban

𝐾𝑢𝑠 𝛼𝑓 − 𝛼𝑟𝑅 𝑔 𝑉² Hitung Gaya Traksi Dan Rem

Cetak δf, Fz, αf, αr, R, Vguling, Vskid

Next δf ≤ 45

A

END

yes

no

Kus + (understeer) Kus – (oversteer)

1

Hitung Gaya Longitudinal Pada Ban

Analisa Guling

Fr = μ*Fz

Analisa Skid

yes

no

yes

no

Cetak Data Guling

Cetak Data Skid

Gambar 3. Prosedur Alur Penelitian

(7)

HASIL PENELITIAN

Kendaraan Dengan Penumpang Pada Kemiringan Jalan 0º, (V) = 10 Km/jam

Gambar 4. Grafik Hubungan Sudut Belok dan Kecepatan Skid

Gambar 5. Grafik Hubungan Sudut Belok dan Kecepatan Rolling

Berdasarkan gambar 4 dan 5 dapat diatas dapat diuraikan sebagai berikut:

 Skid depan terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vsf = 12,02 Km/jam.

 Rolling tidak terjadi sampai sudut belok ( )

Kemiringan Jalan 0º, (V) = 20 Km/jam

 Skid depan terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vsf = 17,31 Km/jam

 Skid belakang terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vsr = 16,77 Km/jam

 Rolling belakang terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vrg = 31,93 Km/jam Kemiringan Jalan 0º, (V) = 30 Km/jam

(8)

 Skid depan dan skid belakang terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vs = 23,50 Km/jam

 Rolling belakang terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vrg = 48,52 Km/jam

 Rolling depan terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vfg = 33,80 Km/jam Kemiringan Jalan 0º, (V) = 40 Km/jam

 Rolling depan terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vfg = 47,95 Km/jam

Gambar 13 Grafik Hubungan Sudut Belok dan Kecepatan Rolling

 Skid depan terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vsf = 12,96 Km/jam.

 Rolling tidak terjadi sampai sudut belok ( )

(9)

Gambar 15 Grafik Hubungan Sudut Belok dan Kecepatan Rolling

 Skid belakang terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vsr = 21,52 Km/jam

 Skid depan dan skid belakang terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vs = 28,29 Km/jam

 Rolling depan terjadi pada sudut belok ( ) dengan Vfg = 35,96 Km/jam

(10)

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan yang didapat dari hasil perhitungan sebagai berikut:

Kesimpulan

Kendaraan cenderung mempunyai perilaku understeer saat berbelok dengan kecepatan konstan. Kecepatan maksimum yang diijinkan pada kendaraan adalah 10 Km/jam dimana, kendaraan :

 Rolling tidak terjadi sampai sudut belok ( )

 Skid depan baru akan terjadi pada sudut belok ( ) dengan kecepatan skid (Vsf) = 12,02 Km/jam pada kemiringan jalan 0º.

 Skid depan baru akan terjadi pada sudut belok ( ) dengan kecepatan skid (Vsf) = 12,96 Km/jam pada kemiringan jalan 15º.

Saran

Untuk memperbaiki kestabilan rancangan kendaraan Ganesha Sakti (Gaski) Berpenggerak Differential Motor Brushless DC, untuk penelitian lebih lanjut maka hal yang perlu diperhatikan antara lain, yaitu :

1. Posisi Central Gravity (C.G) dari kendaraan Ganesha Sakti (Gaski) Berpenggerak Motor Brushless DC, harus lebih rendah untuk menjaga kesetabilan kendaraan saat berbelok.

2. Lebar dimensi trek roda depan kendaraan Ganesha Sakti (Gaski) Berpenggerak Motor Brushless DC, harus diperkecil untuk menanggulangi terjadinya skid depan saat kendaraan berbelok.

3. Posisi suspensi dan kekakuan pegas setiap suspensi pada kendaraan

Ganesha Sakti (Gaski) Berpenggerak Motor Brushless DC, harus lebih keras untuk meningkatkan kesetabilan kendaraan.

4. Roda yang digunakan pada kendaraan Ganesha Sakti (Gaski) Berpenggerak Motor Brushless DC, harus lebih lebar untuk meningkatkan gaya gesek ban terhadap permukaan jalan, sehingga skid yang terjadi bisa diperkecil.

DAFTAR PUSTAKA

Adi Sumertama, I Wayan.2016. “Analisis Stabilitas Belok Rancangan Kendaraan Ganesha Electric Vehicles 1.0 Generasi 1 Menggunakan Metode Quasi Statis Bertransmisi Countinous Variable Transmision (CVT) Berbasis Microsoft Visual Studio Dengan Bahasa Pemrograman C#”. Jurusan Pendidikan Teknik Mesin. Universitas Pendidikan Ganesha Singaraja.

Arindra Hapsara, Bimo. 2012. “Analisa Stabilitas Kendaraan Dengan Pengaruh Kecepatan, Sudut Belok, dan Jumlah Penumpang Pada Suzuki Karimun Estilo”.

Jurusan Teknik Mesin. Intitut Teknologi Sepuluh November Surabaya.

Rihendra Dantes, Kadek.2004. “Karakteristik Prilaku Arah Belok Kendaraan Tossa Hercules Ditinjau Dari Sudut Kemiringan Jalan”. Jurusan Teknik Mesin. Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya.

Sutantra, I Nyoman.2001. Teknologi Otomotif Teori Dan Aplikasinya. Penerbit Guna Widya. Edisi Pertama.

Sub Komite Investigasi Kecelakaan LLAJ.

2013. Data Investigasi Kecelakaan LLAJ Tahun 2010-2016. Database KNKT, 31 Oktober 2016. Diperoleh dari https://knkt.dephub.go.id