ANALISA DYNAMIC OF HANDLING KENDARAAN REVERSE TRIKE DITINJAU DARI PERGESERAN CENTRE OF GRAVITY (CG) SKRIPSI

Transkripsi

1 ANALISA DYNAMIC OF HANDLING KENDARAAN REVERSE TRIKE DITINJAU DARI PERGESERAN CENTRE OF GRAVITY (CG) SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SarjanaTeknik Oleh: BHANU PUTRA BUMI NIM. I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 i

2 ii

3 ANALISA DYNAMIC OF HANDLING KENDARAAN REVERSE TRIKE DITINJAU DARI PERGESERAN CENTRE OF GRAVITY (CG) Disusun oleh: BHANU PUTRA BUMI NIM. I Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Wibowo, ST., MT. R. Lulus Lambang G Hidayat, ST., MT. NIP NIP Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada Jum at, 16 Januari Didik Djoko Susilo, ST., MT. NIP Purwadi Joko Widodo, ST., M.Kom. NIP Sukmaji Indro Cahyono, ST., M.Eng. NIP Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir Didik Djoko Susilo, ST., MT. Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT. NIP NIP iii

4 ANALISA DYNAMIC OF HANDLING KENDARAAN REVERSE TRIKE DITINJAU DARI PERGESERAN CENTRE OF GRAVITY (CG) Bhanu Putra Bumi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia Abstrak Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan perilaku dinamik handling pada kendaraan roda tiga melalui pengujian U-Turn dan perhitungan Slip Angle menggunakan metode kalkulasi quasi dinamik. Reverse Trike memiliki panjang wheelbase (L) 1,14 m, lebar Trackwidth (t f ) 0,81 m, jarak suspensi roda depan (b f ), dan Ground Clearance 0,11 m. Pengujian dimulai dari penimbangan kendaraan untuk mendapatkan berat rata-rata roda depan (W f ), berat roda belakang (W r ), dan berat total kendaraan (W t ). Kemudian dilakukan pengujian maneuver U-Turn dengan variasi kecepatan dari 20 km/jam sampai 50 km/jam. Analisis perhitungan dilakukan dengan mempertimbangkan Transfer Load yang terjadi pada kendaraan yang sedang melakukan maneuver. Pengereman mengakibatkan adanya momen rolling, gaya sentrifugal karena maneuver kendaraan mengakibatkan adanya momen pitching, dan percepatan kendaraan mengakibatkan adanya gaya hambat. Hasil penelitian menunjukan bahwa desain kendaraan Reverse Trike mengalami perilaku Oversteer pada saat melakukan gerak maneuver. Hal ini ditunjukan dengan nilai index understeer (K us ). Rata-rata nilai K us pada kecepatan 20 km/jam adalah -4,33. Pada kecepatan 30 km/jam adalah -2,68. Pada kecepatan 40 km/jam adalah -2,04. Dan pada kecepatan 50 km/jam adalah -1,58. Kata Kunci: Reverse Trike, Model Handling, slip angle, transfer load, dynamic centre of gravity iv

5 ANALYSIS OF THE DYNAMIC OF HANDLING FROM REVERSE TRIKE VEHICLE BASED ON DYNAMIC CENTRE OF GRAVITY (CG) Bhanu Putra Bumi Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia Abstract The purpose of this study is to find the dynamics of handling from reverse trike vehicle based on U-Turn test and calculation of angle slip using quasi dynamic method. The reverse trike has wheelbase length (l) 1,14 m, track width (t f ) 0,81 m, the suspension distance of the front wheels (b f ) 0,52 m, and ground clearance 0,11 m. The testing is started from determining the average weight of the front wheels (W f ), the weight of the rear wheel (W r ), and total weight of vehicle (W t ). Furthermore, the vehicle is tested by turning test using U-turn method with the variation of the speed from 20 km/h to 50 km/h. The analysis was based on the transfer load calculation that occurs on a turning vehicle. Rolling moment is resulted by the braking condition, meanwhile the moment of pitching is resulted by the centrifugal forces, the pitching resistant is resulted by the acceleration of vehicles. Oversteer is showed from the comparison between the results of testing and calculation design of vehicle while maneuvering process. It can be seen that the value of angle slip from the rear wheel is greater than the front wheels. The average index understeer at the speed of 20 km/h is -4,33; while at the speed of 30 km/h is -2,68; at the speed of 40 km/h is -2,04; and at the speed of 50 km/h is -1,58. Keywords: Reverse Trike, Model Handling, slip angle, transfer load, dynamic centre of gravity v

6 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah Subhanahu wa ta ala atas segala nikmat, rahmat serta bimbingan Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul Analisa Dynamic of Handling kendaraan Reverse Trike ditinjau dari pergeseran Centre of Gravity (CG) dengan lancar. Penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini penulis mendapatkan bantuan, bimbingan, pengalaman dan pelajaran sangat berharga dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuannya baik secara langsung dan tidak langsung. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada: 1. Orang tua dan seluruh keluarga yang selalu mendukung saya dengan bantuan moral dan material. 2. Bapak Wibowo, ST., MT. selaku pembimbing I tugas akhir yang selalu memberikan bimbingan dan nasehatnya. 3. Bapak R. Lulus Lambang G Hidayat, ST., MT. selaku pembimbing II tugas akhir atas kesediaannya membimbing penulis dalam mengerjakan tugas akhir. 4. Bapak Didik Djoko Susilo, ST., MT, Sukmaji Indro Cahyono, ST., M.Eng dan Bapak Purwadi Joko Widodo, ST., M.Kom. selaku dosen penguji atas segala masukan dan nasehatnya untuk menjadikan tugas akhir ini lebih baik. 5. Seluruh dosen dan karyawan Teknik Mesin yang telah memberikan waktu luangnya dalam bidang administrasi dan perijinan. 6. Kepala lab serta karyawan lab motor bakar dan otomotif yang memberikan fasilitas penelitian serta membantu penulis dalam reparasi kendaraan Reverse Trike 7. Sahabat spesial saya, Aulia Rasma Indah yang selalu menginspirasi penulis dan memberikan waktunya untuk membantu dalam penulisan laporan penelitian. 8. Seluruh teman Mekatro yang mengawali perjuangan bersama-sama. vi

7 9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas segala bantuannya dalam proses penulisan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan, untuk itu masukan dan saran yang membangun akan penulis terima dengan ihklas dan penulis ucapkan terima kasih. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Surakarta, 1 Januari 2015 Penulis vii

8 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i SURAT TUGAS... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii ABSTRAK... iv KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR PERSAMAAN... xii DAFTAR NOTASI... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Pustaka Dasar Teori Titik Berat Kendaraan Kinematika Sistem Kemudi Perilaku Belok Kendaraan Kondisi Nyata Jenis Jenis Ban Slip Angle Index Understeer (K us ) Hambatan Rolling Obyek Penelitian BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Metodologi Penelitian Prosedur Perhitungan viii

9 BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA 4.1 Model Kendaraan Spesifikasi Kendaraan Analisa Perilaku Stabilitas Kendaraan Perhitungan Posisi Center of Gravity (CG) Perhitungan Radius Ackerman (R ack ) dan Sudut Side Slip (β) Perhitungan Gaya Sentrifugal (F c ) Perhitungan Gaya Hambat Angin (F d ) Perhitungan Sudut Guling (Rolling) dan Sudut Angguk (Pitching) Perhitungan Gaya Normal (F z ) Perhitungan Gaya Lateral (F y ) Perhitungan Gaya Longitudinal (F x ) Perhitungan Sudut Slip (α) Perhitungan Radius Belok Nyata (R n ) Perhitungan Index Understeer (K us ) Analisa Hasil Pengujian Analisa Hasil Penelitian Pengaruh Perubahan Sudut Steer terhadap Sudut Slip Pengaruh Perubahan Sudut Steer terhadap Index Understeer BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ix

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai rata-rata koefisien hambatan rolling Tabel 4.1 Spesifikasi Kendaraan Reverse Trike Tabel 4.2 Hasil Pengukuran dan Penimbangan Kendaraan Tabel 4.3 Jarak Dari CG Ke Permukaan Tanah Tabel 4.4 Hasil Perhitungan CG Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Sudut Slip Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Untuk Index Understeer Tabel 4.7 Hasil Pengujian Kendaraan Menggunakan Uji U-Turn x

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Jenis-jenis kendaraan roda tiga... 4 Gambar 2.2 Penimbangan Pada Poros Roda Depan dan Roda Belakang... 7 Gambar 2.3 Penimbangan Roda Depan dan Roda Belakang... 8 Gambar 2.4 Kinematika Belok Kendaraan... 9 Gambar 2.5 Kinematika Belok Kendaraan Gambar 2.6 Kendaraan Mengalami Oversteer Gambar 2.7 Kendaraan Mengalami Understeer Gambar 2.8 Perbedaan Ban Bias dan Ban Radial Gambar 2.9 Sudut Slip Ban Gambar 2.10 Kendaraan Reverse Trike Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Gambar 3.2 Alat Uji Yang Digunakan Gambar 3.3 Diagram Benda Bebas Gambar 4.1 Kendaraan Reverse Trike Gambar 4.2 Posisi Penimbangan Kendaraan Reverse Trike Gambar 4.3 Posisi Penimbangan Untuk Menentukan Tinggi CG Gambar 4.4 Alat Ukur Sudut Kemiringan dan Sudut Steer Gambar 4.5 Grafik Letak Center of Gravity Gambar 4.6 Posisi Pusat Guling Untuk Positif Swing Arm Gambar 4.7 Bodi Pada Pandangan Depan Gambar 4.8 Bodi Pada Pandangan Samping Gambar 4.9 Grafik Hubungan Sudut Steer Terhadap Sudut Slip Roda Belakang dan Roda Depan Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Sudut Steer dengan Index Understeer xi

12 DAFTAR PERSAMAAN Persamaan 2.1 Berat Total Kendaraan... 7 Persamaan 2.2 Jarak Antara CG Dan Poros Roda Depan... 7 Persamaan 2.3 Jarak Antara CG Dan Poros Roda Belakang... 7 Persamaan 2.4 Tinggi CG Terhadap Sumbu Z... 8 Persamaan 2.5 Radius Ackerman... 9 Persamaan 2.6 Sudut Side Slip Persamaan 2.7 Radius Belok Nyata Persamaan 2.8 Radius Belok Nyata Pada Perilaku Oversteer Persamaan 2.9 Radius Belok Nyata Pada Perilaku Understeer Persamaan 2.10 Radius Belok Nyata Pada Perilaku Neutralsteer Persamaan 2.11 Persamaan Umum Sudut Slip Pada Ban Bias Persamaan 2.12 Sudut Slip Pada Ban Bias Baru Persamaan 2.13 Sudut Slip Pada Ban Bias Gundul Persamaan 2.14 Perhitungan Cbx Persamaan 2.15 Perhitungan Cbx Persamaan 2.16 Persamaan Sudut Steer Persamaan 2.17 Index Understeer Persamaan 3.1 Sudut Slip Pada Ban Bias Baru Persamaan 3.2 Radius Belok Nyata Kendaraan Persamaan 3.3 Gaya Sentrifugal Kendaraan Persamaan 3.4 Gaya Sentrifugal Pada Roda Depan Persamaan 3.5 Gaya Sentrifugal Pada Roda Belakang Persamaan 3.6 Gaya Hambat Angin Persamaan 3.7 momen Rolling Persamaan 3.8 momrn pitching Persamaan 3.9 perbandingan momen rolling dan pitching Persamaan 3.10perhitungan sudut rolling Persamaan 3.11 perhitungan sudut rolling Persamaan 3.12 perbandingan momen pitching Persamaan 3.13 perhitungan sudut pitching xii

13 Persamaan 3.14 perhitungan sudut pitching Persamaan 3.15 perhitungan gaya normal pada roda belakang Persamaan 3.16 perhitungan gaya normal pada roda depan Persamaan 3.17 perhitungan gaya normal pada roda depan Persamaan 3.18 perhitungan gaya normal pada roda depan Persamaan 3.19 perhitungan gaya normal pada roda depan Persamaan 3.20 perhitungan gaya normal pada roda depan Persamaan 3.21 perhitungan gaya normal pada roda belakang Persamaan 3.22 perhitungan gaya longitudinal pada roda belakang Persamaan 3.23 perhitungan gaya longitudinal pada roda belakang Persamaan 3.24 perhitungan gaya longitudinal pada roda depan Persamaan 3.25 perhitungan gaya longitudinal pada roda depan Persamaan 3.26 perhitungan gaya lateral pada roda belakang Persamaan 3.27 perhitungan gaya lateral pada roda depan Persamaan 3.28 perhitungan radius belok nyata Persamaan 3.29 perhitungan sudut steer Persamaan 3.30 Hubungan Sudut Slip Dengankonstanta Kekakuan Lateral Persamaan 3.31 Sudut Slip Roda Depan Terhadap Kekakuan Lateral Persamaan 3.32 Sudut Slip Roda Belakang Terhadap Kekakuan Lateral Persamaan 3.33 Subtitusi Persamaan Sudut Slip Pada Persamaan Sudut Steer 24 Persamaan 3.34 Hasil Subtitusi Persamaan Sudut Steer Persamaan 3.35 Index Understeer Persamaan 3.36 Index Understeer Persamaan 4.1 Perhitungan radius belok nyata Persamaan 4.2 Perhitungan gaya sentrifugal Persamaan 4.3 Gaya normal pada masing-masing roda Persamaan 4.4 Perhitungan Index Understeer xiii

14 DAFTAR NOTASI Satuan a = Jarak Dari Center of Gravity Ke Sumbu Roda Depan... m b = Jarak Dari Center of Gravity Ke Sumbu Roda Belakang... m = Berat Poros Roda Depan... Kg = Berat Poros Roda Belakang... Kg = Berat Total Kendaraan... Kg L = Panjang Wheelbase... m h = Tinggi Center Of Gravity... m = Trackwidth... m = Jarak Suspensi Roda Depan... m = Roll Center... m = Massa Jenis Udara Pada 1 Atm... Kg/m 3 = Koefisien Drag... m = Koefisien Pegas Depan... N/m = Koefisien Pegas Belakang... N/m = Radius Belok Ackerman... = Sudut Steer Rata Rata Roda Depan Kendaraan... = Sudut Steer Rata Rata Roda Belakang Kendaraan... = Sudut Side Slip Kendaraan... = Konstruksi Ban... = Gaya Lateral... N = Gaya Normal... N = Gaya Longitudinal... N = Tekanan Ban... Psi = Luasan Frontal Kendaraan... m 2 = Sudut Slip Ban Bias Baru... = Sudut Slip Ban Bias Gundul... = Konstanta Ban Bias Baru... = Konstanta Ban Bias Gundul... = Sudut Slip Ban Bias Baru... xiv

15 = Sudut Slip Ban Bias Gundul... = Index Understeer... = Sudut Slip Ban Depan Kendaraan... = Sudut Slip Ban Depan Kendaraan... = Kecepatan Kendaraan... m/s = Kecepatan Gravitasi... m/s 2 = Sudut Rolling... = Sudut Pitching... = Gaya Hambat Angin... N = Gaya Sentrifugal... N = Momen Rolling... N.m = Momen Pitching... N.m xv