Analisa Perilaku Gerak Belok Mobil Listrik ITS 1

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: Analisa Perilaku Gerak Belok Mobil Listrik ITS 1 Pradana Setia B.L dan Unggul Wasiwitono Jurusan Teknik Mesin ITS, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 6111 Indonesia Unggul@me.its.ac.id 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 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 () terendah. Setelah dipilih rancangan posisi titik berat yang paling optimal, selanjutnya dianalisa dengan variasi kecepatan. Analisa kestabilan arah dilakukan pada kecepatan 2 km/jam sampai 8 km/jam dengan sudut belok (δ f ),1 sampai 3. Dari analisa ini akan didapatkan perilaku belok dari seluruh layout kendaraann yang memiliki posisi titik berat yang berbeda. Selain itu, didapatkan grafik F VS δ f dan VS δ f, 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 yang 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-state, didapatkan 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 yang diberikan pada [4], permodelan dinamika kendaraann secara lateral dan longitudinal 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 memiliki kekakuan dan kekuatan yang baik [8]. Namun, terdapat beberapa kelemahan salah satunya yaitu dimana groud clearance dari kendaraan tersebut sangat kecil sehingga akan membahayakan bila digunakann pada jalanan yang memiliki karakteristik tidak rata dan bergelombang yang dapat menyebabkan kerusakan padaa baterai yang diletakkan di dasar rangka utama. Selain itu belum ditentukannya posisi peletakan baterai yang dapat memberikan stabilitas yang paling baik pada saat kendaraann berbelok. II. PERMODELAN DINAMIKA GERAK BELOK A. Perhitungan Pusat titik Berat Untuk mngetahui perilaku gerak belok kita harus mengetahui berat bagian depan dan belakang kendaraandenga menggunakan persamaan berikut (1) Dimana,W adalah berat total kendaraan. a adalah jarak horisontal titik berat dengan sumbu roda depan, b adalah jarak horisontal titik berat dengan sumbu roda belakang 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: (2)

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: Dimana, δ f adalah sudut belok roda depan, Untuk mengetahui besarnya sudut slip kendaraan dengan menggunakan persamaan: Dari gambar diatas didapatkan dari persamaan gaya: (3) C. Gaya Sentrifugal dan Gaya hambat angin Gaya sentrifugal adalah gaya mendorong benda menjauh dari pusat sumbu putarannya. Berikut persamaannya: (4) Dimana,m adalah massa benda, v adalah kecepatan kendaraan. Gaya hambat angin adalah gaya yang diakibatkan oleh angin dar depan benda. Berikut persamaannya: (7) Dimana,R rf dan R rr adalah hambatan rolling roda depan dan roda belakang. E. Sudut Slip Roda Sudut slip roda adalah sudut slip yang dibentuk oleh arah longitudinal roda dengan arah gerakan roda. Roda yang digunakan adalah roda ban radial baru. Dari [3] didapat: (5) Dimana,C d adalah koefisien drag, ρ adalah massa jenis angin, A f 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-masing roda dengan nilai yang berbeda[2]. Seperti padaa persamaan (6) DimanaF L adalah gaya angkat, F s adalah gaya samping, Mpa adalah momen pitching akibat angin, t r dan t f adalah 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 sejajar dengan sumbu y. Kedua gaya ini dapat digambarkan sebagai berikut: (8) Dimana,F y α adalah gaya lateral, P adalah tekanan ban, P s adalah tekanan standar F. Radius belok nyata Radius belok nyata adalah Radius belok dalam kondisi nyata. Pada saat ini roda depan dan roda belakang telah mengalami slip. Seperti yang telah digambarkan Gambar 2. gaya longitudinal dan gaya lateral [1] Gambar 3. kinematika kendaraan berbelok dengan radius nyata[2]

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: Dari gambar 3 didapatkan persamaan: (9) Dimana,α f adalah sudut slip rata-rata ban roda depan, α r adalah sudut slip rata-rata roda belakang G. Understeer Index () Nilai ini digunakan untuk mengetahui perilaku belok kendaraan. Nilai ini didapat dengan menggunakan persamaan: (1) (b) posisi titik berat layout 2 III. HASIL DAN DISKUSI Pada penelitian kali ini menggunakan kendaraan Mobil Listrik ITS dengan spesifikasi sebagai berikut: a. Wheelbase : 245 mm b. Track width : 1475 mm c. Panjang kendaraan : 38 mm d. Lebar kendaraan : 17 mm e. Tinggi kendaraan : 151 mm f. Berat kosong : 1 kg g. Diameter roda : 496 mm h. Kapasitas penumpang : 4 orang i. Kapasitas muat maks : 5 kg Dengan menggunakan software CAD kami mensimulasikan berbagai macam peletakan baterai untuk mencari posisi titik berat. Berikut adalah bermacam-macam layout posisi titik berat: (c) posisi titik berat layout 3 (a) posisi titik berat layout 1 (d) posisi titik berat layout 4 Gambar 4. Posisi titik berat untuk berbagai layout Hasil dari simulasi ini tercantum seperti pada tabel berikut: Tabel 1 Variasi Rancangan Posisi Titik Berat LAYOUT a mm mm mm 1482 mm b mm mm mm mm h mm mm mm mm Dimana,h adalah jarak vertikal titik berat dengan permukaan jalan

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: 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: -1 LAYOUT 4 Tabel 2. variasi kemiringan suspensi kemiringan 19,82 17,39 16,55 suspensi h 271,3 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 pada gambar 4 untuk seluruh layout dengan kecepatan 2-8km/jm LAYOUT (a) Nilai pada Layout 1 LAYOUT (b) Nilai pada Layout 2 LAYOUT (c) Nilai pada Layout (d) Nilai pada Layout 4 Gambar 5. sudut belok pada masing-masing kecepatan Gambar 5 menunjukkan harga 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. Selanjutnya melakukan analisa ketahanan guling kendaraan ini dengan grafik gaya normal yang dialami masing-masing roda LAYOUT (a) gaya normal pada Layout 1 LAYOUT 2 (b) gaya normal pada Layout

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: LAYOUT 3 (c) gaya normal pada Layout 3 LAYOUT 4 (d) gaya normal pada Layout Gambar 6. Gaya normal sudut belok pada kecepatan 4km/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. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] Sutantra N & Sampurno B. 21. TEKNOLOGI OTOMOTIF Edisi Kedua. Surabaya: Guna Widya [3] Rizal Kaunang, Deni ANALISA KESTABILAN ARAH PADA KENDARAAN FORMULA SAPU ANGIN SPEED BERDASARKAN VARIASI POSISI TITIK BERAT, KECEPATAN DAN TES DINAMIK STUDENT FORMULA JAPAN 213. 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, 25 [6] E. J. Rossetter,J. C. Gerdes Performance guarantees for hazard based lateral vehicle control, ASME Conferencee Proceedings 22 [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. 22, no. 3, 26 [8] A. Wikarta. Analisa Kakuatan dan Kekakuan Desain Chassis Mobil Listrik Nasional ITS (MOLINA ITS), SNTTM XI Proceedings 213 [9] U. Wasiwitono Steering System Kinematic and Steady- State Cornering Analysesof the ITS Electric Car, 4 th APTECS Proceedings 213 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 UCAPAN TERIMA KASIH 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