TUGAS AKHIR JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER S U R A B A Y A 2006

(1)

TUGAS AKHIR

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

S U R A B A Y A

(2)

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

(3)

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

(4)

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.

(5)

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

(6)

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˚.

(7)

Posisi Titik Berat Kendaraan

Wt = Wf + Wr

a =

b =

Tinggi titik berat kendaraan

hr =

h = r + hr

Wr Wf Wr b a + + ) ( Wr Wf Wf b a + + ) ( d W b W b a Wf θ tan . ) . ) (' ( + −

(8)

Posisi Titik Berat Sprung Mass

Lf =

Lr = L - Lf

Beban yang diterima suspensi:

Wsf = Wsr =

Penurunan suspensi akibat massa sprung

Xsf = Xsr =

Penurunan suspensi di titik berat sprung X = Xsf + Ws L Wur a Wt. − . Ws L Lr Ws L Lf Ksf Wsf Ksr Wsr     ₍ ₋ ₎ Xsf Xsr L Lf

(9)

 Tinggi titik berat sprung

hs =

 Tinggi titik berat sprung akibat pengaruh suspensi

hs’ = hs – X

 Tinggi titik berat total akibat pengaruh suspensi

ht =

 Tinggi sumbu guling

rc = ht + Zs – Sr Sr = hf + (hr – hf) Ws hur Wur huf Wuf ht Wt. −( . + . ) Wt hur Wur hs Ws huf Wuf . + . + . b a Xs a + −

(10)

Radius Belok



Kondisi Ackerman

: kondisi dimana belum terjadi sudut

slip αf = 0 dan αr = 0



Rack =

57,29



β = arc tan (b/R)



Radius Putar Nyata

 

Rn =

57,29



β = arc tan(tanαr+b/R)

f b a

δ

+ r f f L α α δ − +

(11)

Gaya Sentrifugal



Gaya sentrifugal pada sprung mass

Fs =

Fsy = Fs.cosβ

Fsx = Fs.sinβ



Gaya sentrifugal pada unsprung mass

Fuf =

Fur =



Gaya sentrifugal total pada kendaraan

Ft =

Fty = Ft.cosβ

Ftx = Ft.sinβ

R V Ws. 2 R V Wuf . 2

R

V

Wur

.

2

R

V

Wt

.

2

(12)

Gaya Yang Terjadi Pada Ban

 Gaya lateral yang terjadi pada tiap ban di jalan lurus

Fy.α1 = Fy.α2 = Fy.α3 = Fy.α4 =

 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 = Frst = ) ( 2 . b a Fty b + 2( ) . b a Fty a + L Wt b. L Wt a.

(13)

Defleksi Yang Terjadi Pada Suspensi

Kendaraan

θ = θ1 + θ2 Ks = ks1 + ks2 Kt = kt1 + kt2 Keq = teq = (t+d)/2 Mf = Mr = Mf = keqf.θf.teqf/2 Mr = keqr.θr.teqr/2             ₊ + f L Lr r L Lf rc Ws rc Fsy L Lr _θ _θ . .             ₊ + r L Lf f L Lr rc Ws rc Fsy L Lf _θ _θ . . kt ks kt ks + .

(14)

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.Lf

2

_{+ keqr.Lr}

2

_)ψ

Ψ =

Fdin L = (Fsx.rc+Ws.rc.ψ)/L

rc

Ws

Lr

keqr

Lf

keqf

rc

Fsx

rc

a

m

.

2 2

₊

₋

+

(15)

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

M = Fsy.rc + Ws.rc.(θ1 + θ2)

Mf =

Mr =

Fsf =

Fsr =

M L Lr M L Lf Fsy L Lr Fsy L Lf  θ 1  θ 2  θ_f  Fs y  Ws  M  θ r r f

(16)

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)

(17)

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 =       + − + β δ β µ β δ ψ µ sin . sin . . 5 . 0 / ) sin . . . cos . cos . . ( / ) . . ( . f Wt L rc Ws f b Wt L rc Ws Ffst R       + − β µ β ψ µ sin . . . cos . . ( / ) . . ( . . rc Ws a Wt L rc Ws Frst L R

(18)

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 =

Vrg =













−

tf

huf

Wuf

tf

L

hf

Lr

Ws

L

rc

Ws

L

rc

Ws

tf

Mf

Ffst

R

/

)

.

(

.

/

)

cos

.

(

/

.

sin

.

5 .

0 /

)

.

5 .

0 (

/

2 /

β

ψ













+

−

L

rc

Ws

tr

hur

Wur

tr

L

hr

Lf

Ws

L

rc

Ws

tr

Mr

Frst

R

/

sin

.

5 .

0 /

.

)

cos

.

(

/

.

5 .

0 /

2 /

β

ψ

(19)

Hubungan Antar Sudut Slip, Gaya Normal

dan Gaya Lateral



Untuk jenis ban bias ply :

α = 0.052817 (

_F

_y

α

₎

0.90635

_{- 0.004633 ( F}

z

)



Untuk jenis ban radial :

α

_{= 0.087935 ( F}

_y

α )

0.79008

₋

_{0.005277 ( F}

(20)

Metodologi Penelitian

1. Studi literatur dilaksanakan dengan mempelajari berbagai teori penunjang yang berkaitan dengan stabilitas kendaraan dari berbagai buku, makalah dan referensi lain.

2. Melakukan studi pustaka dari beberapa tugas akhir terdahulu. 3. Berikut adalah langkah – langkah perhitungan dan analisanya :

- Mencari data kendaraan

- Mencari posisi titik berat dan tinggi sumbu guling kendaraan. - Masukkan sudut belok(δf)

-Jika αf > 0, αr > 0 maka R = 57.29 β = arc tan(tanαr+b/R) r f f L α α δ − +

(21)

-Jika αf = 0, αr = 0 maka R = 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

f L

(22)

Start

Data Kendaraan

Masukkan sudut belok(δf)

α_f >0 α_r >0 αf = 0 α_r = 0

L

R

α

δ

−

=

L

R

δ

=

β = arc tan(tanα_r+b/R) β = arc tan(b/R)

Gaya Sentrifugal

Analisa Perpindahan Beban

A B

Tidak Ya

(23)

A B

Karakteristik Ban Gaya Pada Ban

Analisa Guling Stop Analisa Skid Stop Mencari α_f, α_r, Rn dan β

(

Next δ_f Ya Ya Tidak Tidak

(24)

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.

(25)