ANALISA GAYA PADA RODA KENDARAAN PADA BERBAGAI KECEPATAN KENDARAAN

Transkripsi

1 Yogyakarta, 6 September 2007 ANALISA GAYA PADA RODA KENDARAAN PADA BERBAGAI KECEPATAN KENDARAAN Ian Hardianto Siahaan (1, Ninuk Djonoadji (2, Amelia Sugondo (3 Product Innovation and Development Centre Petra Christian University Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri-Universitas Kristen Petra Laboratorium Pengaturan dan Uji Konstruksi, Universitas Kristen Petra Surabaya Jl.Siwalankerto , Surabaya ian@peter.petra.ac.id Abstrak Terjadinya kecelakaan di berbagai kota di Indonesia akhir-akhir ini, selain faktor teknis kendaraan tersebut justru disebabkan kurangnya pemahaman para pengendara kendaraan terhadap batas-batas izin pada operasional kendaraan. Kendaraan yang seharusnya dioperasikan pada kecepatan rendah justru pada kecepatan tinggi tanpa memperhatikan rambu-rambu jalan dan kendaraan sekelilingnya baik di jalan tol maupun di jalan umum.. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui gaya gaya yang terjadi pada axle penggerak roda-roda kendaraan, supaya kendaraan tersebut tidak mengalami roda terangkat. Secara sederhana idealnya besar gaya yang diberikan ke roda agar kendaraan stabil dan tetap berada pada permukaan jalan Metodologi penelitian yang dilakukan yaitu, menentukan model kendaraan, pemilihan profil lintasan, penetapan arah kendaraan, input kecepatan, dan analisa respon gayagaya (F x,f y, F z ) pada masing-masing axle roda-roda kendaraan, selanjutnya menarik kesimpulan besar gaya idealnya. Hasil penelitian menyatakan bahwa model kendaraan berpengaruh terhadap parameter tersebut di atas. Semakin meningkat kecepatan kendaraan, gaya-gaya yang terjadi pada beban roda kendaraan secara menyeluruh menjadi semakin negatif. Batas aman axle load roda kendaraan dapat dilihat pada analisa gaya-gaya yang terjadi pada normal force dengan beban positip. Kata Kunci: Profil lintasan, axle load 1. Pendahuluan Faktor teknis kendaraan dan faktor manusia merupakan dua hal yang sangat penting untuk dipertimbangkan untuk uji kelayakan sebuah kendaraan. Secara aktual kedua faktor ini saling terintegrasi satu dengan yang lainnya. Jika salah satu dari kedua faktor tersebut tidak bersinergi dengan baik maka akan menyebabkan kecelakaan kendaraan. Kejadian seperti ini tentu saja tidak diinginkan terjadi pada saat mengendarai kendaraan. Akhir-akhir ini kecelakaan transportasi sering terjadi tidak hanya kendaraan di darat, di laut, bahkan di udara. Beberapa contoh kecelakaan yang terjadi di darat akhir-akhir ini dapat di lihat seperti: kecelakaan bis travel di Pasuruan Jawa Timur, kecelakaan bis doa ibu, kecelakaan bis siswa/i SMP di Bandung-Jawa Barat, kecelakaan artis Taufik Savalas di Jawa Tengah, kecelakaan bis rem blong, kereta api anjlok, dan masih banyak lagi. Contoh kecelakaan di laut, seperti: Kapal Motor Levina 1, Kapal Motor Wahai Star yang tenggelam di Perairan Pulau Tiga Maluku Tengah, sedangkan di udara seperti kecelakaan pesawat Adam Air, kecelakaan pesawat Garuda Boeing GA 200 yang terjadi di Bandara Adi Sucipto Yogyakarta, jatuhnya pesawat capung Piper Pawwne 235 milik PT.Perkebunan Nusantara (PTPN) II di P erkebunan Tembakau, Deli Serdang Sumut. Kecelakaan-kecelakan seperti di atas sebetulnya tidak perlu terjadi apabila mempertimbangkan kedua faktor tersebut di atas. Komisi Nasional Keselamatan Transportasi (KNKT) harus bekerja keras menuntaskan investigasi kecelakaan tersebut dan menerapkan aturan-aturan keselamatan yang jelas tentang tranportasi nasional sebelum ditetapkan di DPR. Aturan-aturan atau sanksi yang lebih tegas perlu diberikan kepada instansi transportasi maupun oknum-oknum yang terlibat di dalamnya. A-1

2 Komisi Nasional Keselamatan Transportasi sebagai sebuah lembaga independen yang dibentuk berdasarkan Keppres No. 105/1999 harus bertanggung jawab untuk melakukan investigasi atas kecelakaan transportasi baik darat, laut maupun udara dan memberikan usulan-usulan perbaikan agar kecelakaan yang sama tidak lagi terjadi di masa depan. Komisi ini berada di bawah Menteri Perhubungan dan beranggotakan lima orang yang ditunjuk oleh Presiden untuk masa lima tahun. Adapun tujuan penelitian ini agar mengetahui batasan operasional kinerja sebuah roda kendaraan tidak terangkat yang diakibatkan tekanan yang bekerja pada bagian bawah kendaraan yang secara umum lebih besar dari tekanan yang bekerja pada bagian atas yang menyebabkan kendaraan tidak stabil. Sedangkan manfaat penelitian ini diharapkan memberikan konstribusi untuk teknik kontrol otomotif mengendalikan mekanisme agar kendaraan tetap berada pada permukaan kendaraan, seperti pemanfaatan stabilizer. Ada tiga gaya yang bekerja pada ban yaitu: (a) Gaya normal atau vertikal (F Z ), yang diakibatkan oleh gaya berat kendaraan, dan gaya inertia yang mengarah ke arah vertikal, (b) Gaya longitudinal (F x ), yang umumnya akibat gaya inersia percepatan atau pengereman dan juga mungkin diakibatkan oleh komponen longitudinal dari gaya centrifugal kendaraan, (c) Gaya samping atau gaya lateral, yang disebabkan oleh gaya sentrifugal kendaraan. Ketiga gaya tersebut sebagai fokus untuk melakukan kajian batasan terhadap kondisi operasional sebuah kendaraan pada saat melakukan gerakan. a. Analisa Dinamika Gaya Roda Penggerak Pada Sumbu-X (F x ) Gambar 1. Dinamika Roda Penggerak Roda yang mengalami rolling, stress yang terjadi pada roda bukanlah dalam kondisi steady state, sehingga menimbulkan slip kontak ( κ ) dan deformasi ( u) yang juga besarnya tidak konstan. Pada model ini, u and κ cendrung kecil. Sehinga hubungan antara F x dan u serta u terhadap κ menjadi merupakan fungsi linear: (1) (2) Data di atas diperoleh berdasarkan pendekatan empris data roda penggerak kendaraan. Sehingga deformasi (u) dinyatakan menurut persamaan sebagai berikut ini: (3) Slip κ mengikuti σ κ dan u, sehingga roda penggerak memiliki damping rate sebesar: V x /σ κ. b. Deformasi Roda Penggerak Pada Sumbu-Z,Vertikal Load (F z ) Bila roda penggerak tersebut rigid dan tidak mengalami slip, maka akan mengalami roll dan translasi sebesar V x = r e Ω. Pada kenyataannya, roda penggerak yang rigid memiliki gaya longitudinal F x ketika mengalami respon slip. Wheel slip velocity V sx = V x r e Ω 0. Dimana, wheel slip κ = V sx / V x. Untuk kondisi lock, sliding tire, κ = 1. Untuk perfect rolling, κ = 0. A-2

3 Roda penggerak juga merupakan roda yang fleksibel. Karena mengalami deformasi, contact pointnya berubah menjadi angular velocity Ω roda. Contact point slip κ = V sx / V x, dimana V sx = V x r e Ω. Deformasi (u) pada roda penggerak secara lan gsung, mengukur perbedaan diantara roda penggerak dan contact point slip. Roda penggerak selalu memiliki gaya longitudinal F x yang besarnya dipengaruhi oleh: Gaya vertical (F z ) Contact slip (κ ) Karakteristik roda penggerak merupakan fungsi spesifik hubungan pada kondisi steady state: F x = f(κ, F z ). Contact slip (κ ) pada saat bergerak tergantung pada besarnya deformasi (u). Gaya longitudinal F x secara pendekatan merupakan relasi yang proporsional terhadap gaya vertical, oleh karena F x diperoleh dari contact friction dan gaya normal F z. (Hubungannya menjadi nonlinear disebabkan oleh tire deformation dan slip). Relasi F x terhadap κ menjadi lebih kompleks tentunya. Effective rolling radius adalah r e. Load normalizes dari tire characteristic sebagai fungsi f(κ, F z ), dan peak force, slip pada peak force, dan relaxation length fields menentukan peak dan slope dari f(κ, F z ) kemudian C Fx dan σ κ. c. Gaya Lateral (F y ) Gaya lateral merupakan fungsi dari slip angle (α) dimana radius menjadi berubah, tetapi masih berada pada busur path. Roda penggerak memberikan gaya untuk berbelok. Gaya ini disebut gaya lateral atau side force. Pada skema dikombinasikan gaya lateral pada keempat rodanya dan posisinya terlihat melalui pusat gravity (CG) kendaraan. (4) Gambar 2. Gaya Lateral (F y ) d. Analisa Dinamika Kendaraan Dengan karakteristik roda penggerak sebagai fungsi f(κ, F z ), gaya vertical F z, dan perubahan u and κ, dapat ditentukan gaya longitudinal F x and wheel velocity (Ω). Dari persamaan gerak menentukan wheel angular motion (angular velocity Ω) dan longitudinal motion (wheel center velocity V x ): (5) (6) Dimana β adalah slope dari tanjakan sepanjang kendaraan tersebut bergerak (positive untuk uphill), dan m serta g masing-masing adalah wheel load mass dan percepatan gravitasi. τ drive adalah driveshaft torque yang diberikan pada pusat roda A-3

4 e. Model Kendaraan Gambar 3. Model Kendaraan 2.Metodologi Adapun langkah-langkah yang dilakukan untuk menganalisa gaya-gaya yang terjadi pada roda-roda penggerak tersebut adalah sebagai berikut: a. Menentukan model kendaraan yang digunakan pada pengujian, b. Menentukan kondisi profil permukaan jalan, c. Menentukan karakteristik sistem kemudi kendaraan yang sama untuk berbagai variasi kecepatan yang diberikan, d. Memberikan beban-beban pada masing-masing roda penggerak yang sesuai, e. Memberikan variasi target kecepatan awal kendaraan pada model kendaraan pada kondisi kemungkinan roda-roda terangkat atau terguling dimana posisinya tidak berada pada permukaan lintasan dan tida stabil, f. Memberikan interval waktu pengujian selama 5 detik, g. Menampilkan gaya-gaya yang terjadi pada roda penggerak axle truck pada berbagai kecepatan kendaraan pada sisi kiri dan sisi kanan roda penggeraknya. h. Intervensi pengereman ditiadakan pada pengujian, i. Menarik kesimpulan. 3. Hasil dan Pembahasan a. Kecepatan Kendaraan 100 km/jam A-4

5 b. Kecepatan Kendaraan 150 km/jam A-5

6 c. Kecepatan Kendaraan 200 km/jam 4. Kesimpulan a. Dari hasil pengujian kendaraan dengan kecepatan 100 km/jam dan 150 km/jam, kendaraan tetap berada pada permukaan lintasan dan relatif stabil. Sedangkan pada kecepatan 200 km/jam, kendaraan tidak stabil dimana roda terangkat dari permukaan lintasan. b. Pada Kecepatan > 200 km/jam, ketiga gaya yang terjadi pada salah satu sisi roda sama-sama semuanya bernilai negatif dan hal ini menunjukkan kendaraan tersebut tidak stabil dan mengalami roda terangkat, sedangkan pada kecepatan < 200 km/jam semua gaya-gaya yang terjadi pada salah satu sisinya tidak semuanya bernilai negatif dan Fz 0 hal ini menunjukkan roda masih berada pada lintasan permukaan jalan dan relatif stabil. c. Parameter F y (lateral force), merupakan parameter kecendrungan menentukan stabil tidaknya sebuah kendaraan, sebuah kendaraan tepat stabil pada F y = 0. Sedangkan F x adalah efek gaya yang terjadi pada roda akibat gaya normal ( F z ) dan deformasi (k ) pada axle roda penggerak saat bergerak dengan kecepatan longitudinal tertentu. d. Gaya-gaya (Fx,Fy,Fz) yang terjadi pada roda penggerak pada sebelah kiri dan kanan berbeda satu dengan yang lainnya pada kondisi kecepatan yang sama, ini menunjukkan bahwa gaya-gaya pada roda kendaraan selalu tidak sama besarnya pada setiap waktu. A-6

7 Daftar Pustaka ArcSim User (1997), ArcSim Reference Manual Version 1. Denton Tom (1995), Automobile Electrical and Electronic System, Edward Arnold Division, London. Mechanical Simulation Corporation ( ), Car Sim Demonstration Presentation & Video, USA , arc.engin.umich.edu/arc/software/arcsim/index.html Sutantra, I Nyoman (2001), Teknologi Otomotif, Teori dan Aplikasinya, Surabaya, Guna Widya. Wong,J Y (1978), Theory of Ground Vehicle (2 nd ed), Ottawa, John Willey & Sons, New York. A-7