Abstrak— Truk merupakan kendaraan yang digunakan untuk mengangkut barang-barang logistik lintas kota. Kecelakaan lalu lintas yang diakibatkan truk merupakan hal yang sering dijumpai di banyak negara, tak terkecuali di Indonesia. Salah satu faktor yang memengaruhinya ialah kelelahan pengemudi. Salah satu penyebab kelelahan pengemudi ialah ketidaknyamanan sistem suspensi. Ketidaknyamanan yang terjadi dapat disebabkan oleh profil jalan. Selama ini pemodelan setengah kendaraan (half-car) hanya dilakukan dengan input pada roda depan dan belakang. Padahal pada kenyataannya, getaran engine yang berlebihan juga dapat memengaruhi ketidaknyamanan pengemudi. Pada penelitian ini disimulasikan dan dianalisa model setengah kendaraan dari truk dengan menambahkan input getaran engine pada sistem. Getaran engine yang dimodelkan berupa input harmonik. Sedangkan, profil jalan yang dimodelkan berupa impuls dan sinusoidal. Kecepatan truk divariasikan dari 40, 60, hingga 80 km/jam, Sedangkan amplitudo jalan divariasikan sebesar 0,05 m, 0,01 m, dan 0,15 m. Hasil dari penelitian ini menunjukkan pada input step, besar kecepatan truk tidak memengaruhi nilai respon perpindahan maksimum dari kabin. Semakin besar kecepatan truk, nilai respon kecepatan maksimum dari kabin menunjukkan tren yang menurun, begitu pula dengan nilai respon percepatan maksimumnya. Sedangkan, pada input harmonik, semakin besar kecepatan truk dan amplitudo jalan, nilai respon dinamis (percepatan, kecepatan, dan percepatan) maksimum dan percepatan rms mengalami kenaikan. Adanya getaran engine meningkatkan nilai respon dinamis maksimum kabin. Percepatan rms rata-rata dari kabin truk juga meningkat sebesar 6 %. Sehingga berdasarkan standar kenyamanan ISO 2631 menurunkan ketahanan pengemudi. Hal tersebut menunjukkan bahwa getaran engine menyebabkan kelelahan pada pengemudi. Kabin beresonansi pada frekuensi 1,1706 Hz.
Kata kunci : pemodelan sistem dinamis, dinamika truk, getaran engine, kontainer, kenyamanan berkendara.
I. PENDAHULUAN
ECELAKAAN lalu lintas merupakan masalah yang sering ditemui di banyak negara, terlebih untuk negara-negara berkembang. Data yang dikeluarkan World Health Organization (WHO) menunjukkan, India menempati urutan pertama negara dengan jumlah kematian terbanyak akibat
kecelakaan lalu lintas. Sementara, Indonesia menempati urutan kelima. Bedasarkan data yang didapat dari Badan Pusat Statistik (BPS), terdapat 100.106 kasus kecelakaan lalu lintas di tahun 2013 baik dari sepeda motor, bus, truk, mobil, dan angkutan umum.
Salah satu faktor yang mempengaruhi kecelakaan ialah kelelahan pengemudi. Pengemudi wajib mengemudikan kendaraannya dengan wajar dan penuh konsentrasi (UU 22 Th 2009). Hal ini dikarenakan pengemudi bertanggung jawab terhadap keselamatan dirinya, penumpang, dan muatan yang dibawa maupun pengguna jalan lain. Berdasarkan National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) setidaknya terdapat 100.000 kasus kecelakaan setiap tahun di Amerika akibat kelelahan pengemudi. Kecelakaan pengemudi truk akibat kelelahan merupakan salah satu penyebab dimana menempati peringkat keenam di antara faktor-faktor penyebab kecelakaan pengemudi truk dengan persentase 13 % (FMCSA, 2006). Salah satu penyebab kelelahan yang terjadi pada pengemudi ialah ketidaknyamanan sistem suspensi.
Sistem suspensi ialah salah satu komponen utama dalam kendaraan, yang erat kaitannya dengan kenyamanan, stabilitas dan parameter keamanan. Tujuan utama dari sistem ini adalah untuk meningkatkan kenyamanan pengguna (sopir dan penumpang), untuk menjaga kontak antara tyre dengan permukaan jalan, dan untuk meminimalisasi gaya-gaya dinamik yang bekerja pada bearing ketika kendaraan melaju. Kondisi ideal yang ingin diperoleh dari kenyamanan adalah kemampuan pengendara untuk menahan getaran akibat eksitasi jalan tanpa mengalami kelelahan. Selain profil jalan, mesin kendaraan yang menyala juga menimbulkan getaran. Getaran tersebut dapat menyebabkan ketidaknyamanan saat berkendara, bahkan dapat menyebabkan kelelahan pada pengemudi.
Dalam penelitian ini, dilakukan analisa sistem suspensi yang didasarkan pada pemodelan half car untuk mengetahui respon dari nilai kekakuan pegas, konstanta peredam berdasarkan variasi kondisi pembebanan pada profil jalan dan eksitasi getaran engine. Sehingga dengan standar kenyamanan ISO 2631, penelitian ini dapat digunakan sebagai pertimbangan sistem suspensi yang sesuai untuk truk.
II. URAIAN PENELITIAN
Pemodelan yang digunakan pada penelitian ini adalah pemodelan setengah kendaraan (half car) dengan 7 derajat kebebasan (DOF). Model fisik dan dinamis kendaraan truk ditunjukaan pada gambar 1 & 2 berikut ini.
Pemodelan dan Analisis Respon Dinamis
Kendaraan Truk Akibat Pengaruh Profil Jalan
dan Getaran
Engine
Prayogi Adista P. dan Wiwiek Hendrowati
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
:
[email protected]
Berdasarkan gambar 2 didapatkan persamaan gerak sebagai berikut: 𝑥𝑎𝑓̈ = 1 𝑚𝑎𝑓(−(𝑘𝑝𝑓+ 𝑘𝑎𝑓)𝑥𝑎𝑓− (𝑐𝑝𝑓+ 𝑐𝑎𝑓)𝑥𝑎𝑓̇ + 𝑘𝑝𝑓𝑥𝑓+ 𝑐𝑝𝑓𝑥𝑓̇ + 𝑘𝑝𝑓𝑙𝑓𝜃 + 𝑐𝑝𝑓𝑙𝑓𝜃̇ + 𝑘𝑎𝑓𝑦𝑓+ 𝑐𝑎𝑓𝑦𝑓̇ ) ... (1) 𝑥𝑎𝑟̈ = 1 𝑚𝑎𝑟(−(𝑘𝑝𝑟+ 𝑘𝑎𝑟)𝑥𝑎𝑟− (𝑐𝑝𝑟+ 𝑐𝑎𝑟)𝑥𝑎𝑟̇ + 𝑘𝑝𝑟𝑥𝑓+ 𝑐𝑝𝑟𝑥𝑓̇ − 𝑘𝑝𝑟𝑙𝑟𝜃 − 𝑐𝑝𝑟𝑙𝑟𝜃̇ + 𝑘𝑎𝑟𝑦𝑟+ 𝑐𝑎𝑟𝑦𝑟̇ ) ... (2) 𝑥𝑐̈ = 1 𝑚𝑐(−𝑘𝑠𝑥𝑐− 𝑐𝑠𝑥𝑐̇ + 𝑘𝑠𝑥𝑓+ 𝑐𝑠𝑥𝑓̇ +𝑘𝑠𝑙𝑓𝜃 + 𝑐𝑠𝑙𝑓𝜃̇) (3) 𝑥𝑘̈ = 1 𝑚𝑘(−𝑘𝑘𝑥𝑘− 𝑐𝑘𝑥𝑘̇ + 𝑘𝑘𝑥𝑓+ 𝑐𝑘𝑥𝑓̇ −𝑘𝑘𝑙𝑘𝜃 − 𝑐𝑘𝑙𝑘𝜃̇) ... (4) 𝑥𝑒̈ = 1 𝑚𝑒(−𝑘𝑒𝑥𝑒− 𝑐𝑒𝑥𝑒̇ + 𝑘𝑒𝑥𝑓+ 𝑐𝑒𝑥𝑓̇ +𝑘𝑒𝑙𝑒𝜃 + 𝑐𝑒𝑙𝑒𝜃̇) (5) 𝑥𝑓̈ = 1 𝑚𝑓(−(𝑘𝑠+ 𝑘𝑘+ 𝑘𝑝𝑓+ 𝑘𝑒+ 𝑘𝑝𝑟)𝑥𝑓− (𝑐𝑠+ 𝑐𝑘+ 𝑐𝑝𝑓+ 𝑐𝑒+ 𝑐𝑝𝑟)𝑥𝑓̇ + 𝑘𝑠𝑥𝑐+ 𝑐𝑠𝑥𝑐̇ + 𝑘𝑘𝑥𝑘+ 𝑐𝑘𝑥𝑘̇ +𝑘𝑒𝑥𝑒+ 𝑐𝑒𝑥𝑒̇ + 𝑘𝑝𝑓𝑥𝑎𝑓+ 𝑐𝑝𝑓𝑥𝑎𝑓̇ + 𝑘𝑝𝑟𝑥𝑎𝑟+ 𝑐𝑝𝑟𝑥̇𝑎𝑟+ (𝑘𝑝𝑟𝑙𝑟+ 𝑘𝑘𝑙𝑘− 𝑘𝑠𝑙𝑓− 𝑘𝑒𝑙𝑒− 𝑘𝑝𝑓𝑙𝑓)𝜃 + (𝑐𝑝𝑟𝑙𝑟+ 𝑐𝑘𝑙𝑘− 𝑐𝑠𝑙𝑓− 𝑐𝑒𝑙𝑒− 𝑐𝑝𝑓𝑙𝑓)𝜃̇) ... (6) 𝜃̈ =1 𝐽(−𝑘𝑝𝑓𝑙𝑓 2− 𝑘 𝑒𝑙𝑒2− 𝑘𝑝𝑟𝑙𝑟2− 𝑘𝑠𝑙𝑓2− 𝑘𝑘𝑙𝑘2)𝜃 + (−𝑐𝑝𝑓𝑙𝑓2− 𝑐𝑒𝑙𝑒2− 𝑐𝑝𝑟𝑙𝑟2− 𝑐𝑠𝑙𝑓2− 𝑐𝑘𝑙𝑘2)𝜃̇ + 𝑘𝑠𝑙𝑓𝑥𝑐+ 𝑐𝑠𝑙𝑓𝑥𝑐̇ − 𝑘𝑘𝑙𝑘𝑥𝑘− 𝑐𝑘𝑙𝑘𝑥𝑘̇ +𝑘𝑝𝑓𝑙𝑓𝑥𝑎𝑓+ 𝑐𝑝𝑓𝑙𝑓𝑥𝑎𝑓̇ + 𝑘𝑒𝑙𝑒𝑥𝑒+ 𝑐𝑒𝑙𝑒𝑥𝑒̇ − 𝑘𝑝𝑟𝑙𝑟𝑥𝑎𝑟− 𝑐𝑝𝑟𝑙𝑟𝑥̇𝑎𝑟+ (𝑘𝑘𝑙𝑘− 𝑘𝑝𝑓𝑙𝑓− 𝑘𝑒𝑙𝑒+ 𝑘𝑝𝑟𝑙𝑟− 𝑘𝑠𝑙𝑓)𝑥𝑓+ (𝑐𝑘𝑙𝑘− 𝑐𝑝𝑓𝑙𝑓− 𝑐𝑒𝑙𝑒+ 𝑐𝑝𝑟𝑙𝑟− 𝑐𝑠𝑙𝑓)𝑥𝑓̇ ... (7)
Pemodelannya meliputi maf (massa roda depan), mar
(massa roda belakang), mf (massa frame), me (massa engine),
mc (massa kabin), dan mk (massa kontainer). Sedangkan kaf
dan kar merupakan kekakuan dari roda depan dan roda
belakang. kpf dan cpf merupakan kekakuan dan redaman dari
suspension yaitu yang terdapat diantara frame dan roda depan. kpr dan cpr merupakan kekakuan dan redaman dari suspension yang terdapat diantara frame dan roda belakang. ke dan ce merupakan engine stiffness dan engine damper. ks
dan cs merupakan suspension yang terletak diantara frame
dan kabin. kk dan ck merupaka konstanta pegas dan redaman
ekuivalen dari kontainer. lf, le, lr, dan lk merupakan jarak
antara roda depan, engine, roda belakang, dan kontainer terhadap CG. Pada model ini terdapat tiga input yaitu yf
(profil jalan pada roda depan), yr (profil jalan pada roda
belakang), dan ye (merepresentasikan getaran pada engine).
Data yang dimasukkan dalam simulasi berada pada tabel 1. Tabel 1. Parameter kendaraan truk
Keterangan Komponen Simbol Nilai Satuan
Massa Ban Depan maf 350 kg
Massa Ban Belakang mar 350 kg
Massa Engine me 160 kg
Massa Frame mf 1405/2 kg
Massa Cabin mc 650 kg
Massa Kontainer mk 1000 kg
Inersia Kendaraan J 2242,08 kg.m2 Konstanta Kekakuan Ban
Depan
kaf 500000 N/m Konstanta Kekakuan Ban
Belakang
kar 500000 N/m Konstanta Kekakuan Suspensi
Depan
kpf 1000000 N/m Konstanta Kekakuan Suspensi
Belakang
kpr 1000000 N/m Konstanta Kekakuan Engine ke 3500000 N/m Konstanta Kekakuan kabin ks 40000 N/m Konstanta Kekakuan kontainer ks 40000 N/m Konstanta Peredam Ban Depan caf 3,43 N/m Konstanta Peredam Ban
Belakang
car 3,43 N/m Konstanta Peredam Suspensi
Depan
cpf 10000 N.s/m Konstanta Peredam Suspensi
Belakang
cpr 10000 N.s/m Konstanta Peredam Engine ce 8000 N.s/m Konstanta Peredam Kabin cs 13300 N.s/m Konstanta Peredam Kontainer ck 13300 N.s/m Jarak Ban Depan ke center of
gravity
lf 1,173 m
Jarak Ban Belakang ke center of gravity
lr 2,237 m
Jarak Kontainer ke center of gravity
lk 1,84 m
Jarak Engine ke center of gravity
le 1,15 m
Sedangan untuk input yang diberikan ada tiga yaitu input step dan harmonik (sinusoidal) yang merepresentasikan profil jalan serta getaran engine yang dimodelkan berupa input sinusoidal ke arah vertikal.
Gambar 3. Input Step
Pada gambar 3. Karakteristik input step yang diberikan ialah pada detik ke-1 tinggi jalan naik hingga 0,1 m kemudian Gambar 1. Model fisik truk [11]
konstan.
Gambar 4. Input sinusoidal saat kecepatan 40 km/jam saat amplitudo jalan 0,05 m
Input sinusoidal yang diberikan terlihat pada gambar 4 dimana input roda depan dan belakang memiliki beda fase sebesar 90° yang dinyatakan oleh persamaan di bawah ini :
𝑦𝑓 = 𝑌 𝑠𝑖𝑛 𝜔𝑡 ... (8) 𝑦𝑟= 𝑌 sin ( 𝜔𝑡 + ∅) ... (9)
Dengan perhitungan frekuensi () input 𝜔 = 2𝜋𝑓
dimana 𝑓 = 𝑣/𝜆, sehingga didapatkan frekuensi input untuk kecepatan kendaraan 40 km/jam adalah 𝜔 = 3,49 rad/s, kecepatan kendaraan 60 km/jam adalah 𝜔 = 5,23 rad/s, dan untuk kecepatan kendaraan 80 km/jam adalah 𝜔 = 6.98 rad/s Sedangkan untuk input getaran engine diasumsikan berupa gaya vertikal dimana frekuensinya didapatkan dari persamaan:
𝜔𝑒𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒 =
𝑣𝑡𝑟𝑢𝑘𝑅1𝑅2
𝑟 ... (10)
Dimana :
vtruk = kecepatan kendaraan truk (m/s)
R1 = Transmission GearRatio (0,739)
R2 = Rear End Ratio (4,875)
r = Loaded Tire Radius (0,3925 m)
Berdasarkan persamaan (10) didapatkan frekuensi engine seperti pada tabel 2.
Tabel 2. Frekuensi engine berdasarkan kecepatan truk
Gaya engine yang didapatkan mengacu pada eksperimen [8] didapatkan data seperti pada tabel 3.
Tabel 3. Frekuensi engine berdasarkan kecepatan truk
Sehingga ketika disimulasikan didapatkan grafik input seperti pada gambar 5
Gambar 5. Getaran engine saat kecepatan 40 km/jam
III. HASIL DAN ANALISA
Pada penelitian ini didapatkan respon dinamis (perpindahan, kecepatan dan percepatan) dan kenyamanan dari kendaraan akibat input profil jalan dan getaran engine. Grafik dalam domain frekuensi juga didapatkan untuk mengetahui frekuensi natural dari sistem. Pengaruh dari adanya getaran engine dan profil jalan selanjutnya akan dianalisa.
A. Perbandingan Respon Dinamis Kabin Truk dengan dan tanpa getaran Engine dengan Input Step
Berikut ini merupakan respon dinamis (percepatan) kabin truk saat kecepatan truk 40 km/jam akibat input step.
(a)
(b)
Gambar 6. Perbandingan respon dinamis (percepatan) kabin truk (a) tanpa getaran engine dan (b) dengan getaran engine akibat input step saat kecepatan truk 40 km/jam
Grafik respon percepatan yang dimiliki kabin truk ketika diberi input step memiliki tren meningkat drastis di awal, kemudian menurun seiring berjalannya waktu. Pada detik ke 0–1 sekon, respon yang didapatkan berupa garis lurus. Nilai maksimum dari respon dinamis terjadi saat detik ke-1. Kemudian, berangsur-angsur stabil berupa garis lurus. Respon dinamis maksimum kabin truk ditunjukkan pada tabel vtruk (km/jam) 𝝎𝒆𝒏𝒈𝒊𝒏𝒆 (rad/s) RPM 40 102 974 60 153 1461 80 204 1948 𝝎𝒆𝒏𝒈𝒊𝒏𝒆 (RPM) Percepatan engine (m/s2) 𝑭𝒆𝒏𝒈𝒊𝒏𝒆(N) 974 24,87 3979 1461 27,3 4369 1948 29,7 4759
4 & 5.
Tabel 4. Respon dinamis maksimum dari kabin truk tanpa getaran engine
Kecepatan (km/jam) Kabin
Perpindahan Kecepatan Percepatan
40 0.189324 1.2020 16.1514
60 0.189324 1.2020 16.1514
80 0.189324 1.2020 16.1514 Tabel 5. Respon dinamis maksimum dari kabin truk dengan getaran engine
Kecepatan (km/jam) Kabin
Perpindahan Kecepatan Percepatan
40 0.189324 1.202188 16.15859
60 0.189324 1.202221 16.15207
80 0.189324 1.202188 16.15602
Tidak seperti nilai perpindahan maksimum, nilai respon kecepatan dan percepatan maksimum dari kabin truk dengan getaran engine ialah bervariasi berdasarkan kecepatan dari truk. Hal ini dikarenakan adanya variasi kecepatan truk yang mempengaruhi besar gaya eksitasi engine, sehingga nilai respon yang dihasilkan juga bervariasi. Sedangkan respon dinamis truk tanpa getaran engine ialah sama. Hal ini dikarenakan tidak adanya pengaruh gaya engine terhadap truk, sehingga variasi kecepatan truk tidak mempengaruhi nilai respon dinamis sistem. Adanya getaran engine menaikkan respon dinamis dari kabin truk. Semakin besar kecepatan truk, nilai respon kecepatan maksimum dari kabin menunjukkan tren yang menurun, begitu pula dengan nilai respon percepatan maksimumnya.
B. Perbandingan Respon Dinamis Kendaraan Truk dengan dan tanpa getaran Engine dengan Input Harmonik
Berikut ini merupakan respon dinamis (percepatan) kabin truk saat kecepatan truk 40 km/jam akibat profil jalan sinusoidal saat amplitudo jalan 5 cm.
(a)
(b)
Gambar 7. Perbandingan respon dinamis (percepatan) kabin truk (a) tanpa getaran engine dan (b) dengan getaran engine akibat profil jalan sinusoidal saat kecepatan truk 40 km/jam dan amplitudo jalan 5 cm
Grafik respon yang dimiliki kabin truk ketika diberi input harmonik memiliki tren sinusiodal yang tidak stabil di awal, kemudian stabil seiring berjalannya waktu. Respon dinamis maksimum kabin truk ditunjukkan pada gambar 8 & 9.
Gambar 8. Perbandingan respon dinamis maksimum kabin truk tanpa getaran
engine terhadap variasi kecepatan truk dan amplitudo jalan
Gambar 8 merupakan grafik respon dinamis dari kabin truk dengan kontainer tanpa getaran engine akibat pengaruh amplitudo jalan dan kecepatan. Amplitudo jalan yang diberikan ialah sebesar 0,05, 0,1, dan 0,15 m untuk variasi kecepatan 40, 60, dan 80 km/jam. Terlihat pada gambar tersebut semakin besar kecepatan truk semakin besar pula respon dinamis (perpindahan, kecepatan dan percepatan) maksimumnya. Hal yang sama terjadi bila amplitudo jalan dinaikkan maka, respon dinamis maksimumya juga meningkat. 0 0.1 0.2 0.3 40 60 80 D is p la cem en t (m )
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Displacement 0,05 m 0,1 m 0,15 m 0 0.5 1 1.5 2 40 60 80 Ve lo ci ty ( m /s )
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Velocity 0,05 m 0,1 m 0,15 m 0 10 20 40 60 80 A cc el erat io n ( m /s ²)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Acceleration
0,05 m 0,1 m
Gambar 9. Perbandingan respon dinamis maksimum kabin truk dengan getaran engine terhadap variasi kecepatan truk dan amplitudo jalan Tren grafik respon dinamis yang dihasilkan oleh kabin truk dengan getaran engine sama dengan tanpa engine. Tetapi nilai respon dinamis maksimum yang dihasilkan berbeda. Dimana dengan adanya getaran engine, nilai respon dinamis maksimum yang dihasilkan mengalami kenaikan.
C. Kenyamanan & Ketahanan Pengemudi
Pada pembahasan kenyamanan ini, kenyamanan yang ditinjau hanya kenyamanan untuk input harmonik, analisa kenyamanannya menggunakan standar ISO-2631. Parameter yang dibandingkan untuk menentukan kondisi kenyamanan dan ketahanan pengemudi ialah percepatan rms. Percepatan rms yang dihasilkan dengan variasi amplitudo jalan dan kecepatan ditunjukkan pada gambar 10.
Gambar 10.Perbandingan percepatan rms kabin truk dengan dan tanpa
engine terhadap variasi kecepatan dan amplitudo jalan
Pada gambar 10 terlihat tren grafik dari percepatan rms kabin truk. Semakin besar amplitudo jalan, semakin besar pula percepatan rms yang dihasilkan. Adanya getaran engine menaikkan percepatan rms. Besar penambahan rata-rata percepatan rms yang dihasilkan ialah 6 %. Berdasarkan tabel percepatan dan standar ISO-2631 didapatkan kondisi ketahanan pengemudi dan kondisi kenyamanan sebagai berikut.
Tabel 6. Kondisi dan ketahanan pengemudi terhadap variasi kecepatan dan amplitudo jalan
Amplitudo 0.05 m
Kecepatan truk
Dengan engine Tanpa engine
Keterangan Ketahanan pengemudi Keterangan ketahanan pengemudi 40 Agak Tidak Nyaman
12 jam Sedikit Tidak
Nyaman 16 jam 60 Tidak Nyaman 3.25 jam Tidak Nyaman 4 jam 80 Amat Sangat Tidak Nyaman
50 menit Sangat Tidak
Nyaman
1 jam
Amplitudo 0.1 m
Kecepatan truk
Dengan engine Tanpa engine
Keterangan Ketahanan pengemudi Keterangan ketahanan pengemudi 40 Tidak Nyaman
5 jam Tidak Nyaman 6 jam
60 Amat
Sangat Tidak Nyaman
1,5 jam Sangat Tidak
Nyaman 1,4 jam 80 Amat Sangat Tidak Nyaman
10 menit Amat Sangat
Tidak Nyaman
7 menit
Amplitudo 0.15 m
Kecepatan truk
Dengan engine Tanpa engine
Keterangan Ketahanan pengemudi Keterangan ketahanan pengemudi 40 Sangat Tidak Nyaman
2,5 jam Sangat Tidak
Nyaman 2,6 jam 60 Amat Sangat Tidak Nyaman
30 menit Amat Sangat
Tidak Nyaman 32 menit 80 Amat Sangat Tidak Nyaman dibawah 1 menit Amat Sangat Tidak Nyaman dibawah 1 menit
Berdasarkan tabel 6. Semakin besar kecepatan truk maka semakin menurunkan kenyamanan dan ketahanan pengemudi. Hal yang sama terjadi bila amplitudo jalan juga dinaikkan.
D.Frekuensi Respon
Persamaan gerak sistem dengan mengabaikan pengaruh redaman dapat ditulis dalam bentuk matriks sebagai berikut :
[𝑚]𝑥⃗̈+[𝑘]𝑥⃗ = 𝐹⃗ ...(11) Nilai frekuensi natural dari sistem didapatkan dengan meng-akar kuadratkan eigen value sehingga didapatkan besar frekuensi natural dalam (Hz) sebagai berikut
0 0.1 0.2 0.3 40 60 80 D isp lac em ent ( m )
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Displacement 0,05 m 0,1 m 0,15 m 0 1 2 40 60 80 Ve lo ci ty ( m /s)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Velocity 0,05 m 0,1 m 0,15 m 0 10 20 40 60 80 A cc el er at io n (m /s² )
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Acceleration 0,05 m 0,1 m 0,15 m 0 0.5 1 1.5 2 0.05 0.1 0.15 Pe rc ep at n r ms (m/ s2 ) Amplitudo Kecepatan 40 km/jam Dengan engine Tanpa engine 0 2 4 6 0.05 0.1 0.15 Pe rc ep at n r ms (m/ s2 ) Amplitudo Kecepatan 60 km/jam Dengan engine Tanpa engine 0 5 10 0.05 0.1 0.15 Perc ep at n r m s (m /s 2) Amplitudo Kecepatan 80 km/jam Dengan engine Tanpa engine
Plot respon steady state normalized amplitudo fungsi frekuensi :
Gambar 11 Grafik Normalized Frequency
Berdasarkan perhitungan, sistem tersebut memiliki 7 frekuensi natural yang besarnya 0.9596, 1.1706, 3.3949, 3.462888, 4.4774, 11.6231, 13.5706, dan 27.3568 Hz. Bila frekuensi yang bekerja pada sistem mendekati frekuensi natural dari sistem tersebut, maka akan terjadi getaran dengan amplitudo yang besar. Fenomena ini disebut dengan resonansi. Secara teoritis, besar amplitudo nya saat frekuensi kerja sama dengan frekuensi natural ialah infinite. Tanda negatif pada amplitudo mengindikasikan bahwa massa tersebut bergetar out of phase dengan gaya.
Pada penelitian ini salah satu frekuensi natural dari sistem ialah 1,1706 Hz. Berdasarkan studi eksperimen yang dilakukan oleh Willem-Jan Evers et al[3], kabin beresonansi pada frekuensi 1,2 Hz. Nilai error yang dihasilkan sebesar 2,04 %. Hal tersebut mengindikasikan bahwa baik studi numerik maupun eksperimen, kabin mengalami getaran yang berlebih saat bekerja pada rentang frekuensi tersebut.
IV. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil simulasi dan analisis respon dinamis (perpindahan, kecepatan, dan percepatan) untuk kendaraan truk pada saat kecepatan truk 40, 60, dan 80 km/jam, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Pada input step, besar kecepatan truk tidak memengaruhi nilai respon perpindahan maksimum dari kabin. Semakin besar kecepatan truk, nilai respon kecepatan maksimum dari kabin menunjukkan tren yang menurun, begitu pula dengan nilai respon percepatan maksimumnya.
2. Pada input harmonik (sinusoidal), semakin besar kecepatan truk, nilai respon dinamis (percepatan, kecepatan, dan percepatan) maksimum mengalami kenaikan. Pada variasi amplitudo jalan 0,05, 0,1, dan 0,15 m, semakin besar amplitudo jalan, nilai respon dinamis (percepatan, kecepatan, dan percepatan) maksimum yang dihasilkan semakin meningkat. 3. Penambahan gaya eksitasi engine memberikan pengaruh
terhadap karakteristik dari respon yang dihasilkan.
Pengaruh tersebut dapat diamati melalui fenomena berikut :
a. Terjadi peningkatan nilai respon dinamis (perpindahan, kecepatan, dan percepatan) maksimum dari kabin truk.
b. Variasi kecepatan truk pada input step hanya dapat dilakukan bila terdapat input getaran engine. c. Terjadi peningkatan nilai percepatan rms rata-rata
dari kabin truk sebesar 6 %.
4. Semakin besar kecepatan truk dan amplitudo jalan, semakin besar pula percepatan rms yang dihasilkan sehingga berdasarkan standar kenyamanan ISO 2631 akan menurunkan ketahanan pengemudi.
5. Kabin beresonansi pada frekuensi 1,1706 Hz.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapakan terima kasih kepada Ibu Dr. Wiwiek Hendrowati, S.T., M.T. yang telah membantu penulis dalam melakukan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Gillespie et al. 1980. “Calibration of Response-Type Road Roughness Measurement System”. Washington DC: National Research Council.
[2] Forsén, Anders. 1999. “Heavy Vehicle Ride and Endurance –
Modelling and Model Validation.” Stockholm: KTH
Högskoletryckeriet.
[3] Evers, Willem-Jan et al. 2010. “Experimental Validation of a Quarter Truck Model Using Asynchronous Measurements with Low Signal-to-Noise Ratios”. Eindhoven: Eindhoven University of
Technology.
[4] Rao, Singiresu S. 2011. “Mechanical Vibrations Fifth Editon.”.
Miami: Pearson Education.
[5] Kristanto, Aris. 2013. “Kajian Faktor-faktor Resiko yang Berhubungan dengan Kelelahan Pengemudi Truk Trailer di PT AMI Th 2012”. Depok: Universitas Indonesia.
[6] Sutrantra, I Nyoman & Bambang Sampurno. 2010. “Teknologi Otomotif: Edisi Kedua”. Surabaya: Guna Widya.
[7] ”Federal Motor Carrier Safety Administration (FCMSA) LTCCS Database”. diakses 20 Maret 2015.http://www.fmcsa.dot.gov/facts-research/research-technology/report/ltccs-2006.htm.
[8] Hendry. 2014. “Pemodelan dan Analisa Getaran Mesin Bensin Sinjai LJ276M dengan Kapasitas 650 cc Dua Silinder Segaris Empat Langkah.”. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember. [9] Jazar, Reza N. 2008. “Vehicle Dynamics: Theory and Applications”.
New York: Springer.
[10] Amalia, Nava. 2014. “Analisa Kenyamanan Kendaraan Angkut Massal dengan Pemodelan Pengemudi Sebagai Sistem Multi-DOF”. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[11] ”Misubhisi Fuso”. diakses 20 Maret 2015.http://www.ktb.co.id
