TUGAS AKHIR
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERS U R A B A Y A
2006
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
Dosen Pembimbing : Prof. Ir. I. N. Sutantra, MSc, Ph.D.
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
PERMASALAHAN
Pada tugas akhir ini penulis akanmembandingkan mengenai stabilitas kendaraanpada saat berbelok antara Daihatsu Xenia type 1.3Deluxe (Xi) dan Toyota Avanza type 1.3 E .
Pada tugas akhir ini akan dianalisakestabilan belok dengan mengunakan analisa skiddan guling pada tingkat kecepatan dan sudutkemiringan jalan tertentu.
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
understeer atau oversteer.
BATASAN MASALAH1. 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˚.
Posisi Titik Berat Kendaraan
Wt = Wf + Wra =
b =
Tinggi titik berat kendaraan
hr =
h = r + hr
WrWfWrba
++ )(
WrWfWfba
++ )(
dWbWbaWf
θtan.).)('( −+
Posisi Titik Berat Sprung Mass
Lf =
Lr = L - LfBeban yang diterima suspensi:
Wsf = Wsr =
Penurunan suspensi akibat massa sprung
Xsf = Xsr =
Penurunan suspensi di titik berat sprung
X = Xsf +
WsLWuraWt .. −
WsLLr Ws
LLf
KsfWsf
KsrWsr
− )( XsfXsr
LLf
Tinggi titik berat sprung
hs =
Tinggi titik berat sprung akibat pengaruh suspensihs’ = hs – X
Tinggi titik berat total akibat pengaruh suspensi
ht =
Tinggi sumbu gulingrc = ht + Zs – Sr
Sr = hf + (hr – hf)
WshurWurhufWufhtWt )..(. +−
WthurWurhsWshufWuf ... ++
baXsa
+−
Radius Belok
Kondisi Ackerman : kondisi dimana belum terjadi sudutslip 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)
fba
δ+
rffL
ααδ +−
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
RVWs 2.
RVWuf 2.
RVWur 2.
RVWt 2.
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 berbelokF’yα1 = F’yα2 = Fyα1.cosδf + Ftx/4.sinδfF’yα3 = F’yα4 = Fyα3 = Fyα4
Gaya longitudinal yang terjadi pada saat ban berbelokFx1 = Ftx/4. cosδf - Fyα1.sinδf Fx2 = Ftx/4. cosδf – Fyα1. sinδfFx3 = Ftx/4 Fx4 = Ftx/4
Gaya normal statis
Ffst = Frst =
)(2.
baFtyb+ )(2
.ba
Ftya+
LWtb.
LWta.
Defleksi Yang Terjadi Pada Suspensi Kendaraan
θ = θ1 + θ2Ks = ks1 + ks2Kt = kt1 + kt2
Keq =
teq = (t+d)/2
Mf =
Mr =
Mf = keqf.θf.teqf/2 Mr = keqr.θr.teqr/2
++ f
LLrr
LLfrcWsrcFsy
LLr θθ..
++ r
LLff
LLrrcWsrcFsy
LLf θθ..
ktksktks
+.
Analisa Perpindahan Beban
Perpindahan beban pada bidang lateralF dinf = (Mr+Fuf.huf+Fsf.hf)/tfF dinr = (Mr+Fur.hur+Fsr.hr)/tr
Perpindahan beban pada bidang longitudinalM = Fsx.rc + Ws.rc.(ψ1+ψ2)M = (keqf.Lf2 + keqr.Lr2)ψ
Ψ =
Fdin L = (Fsx.rc+Ws.rc.ψ)/L
rcWsLrkeqrLfkeqfrcFsxrcam
......22 −+
+
Perpindahan Beban Pada bidang Lateral
Momen yang terjadi pada kendaraanM = Fsy.rc.cos (θ1+ θ2) + Ws.rc.sin (θ1+ θ2)Karena θ1 + θ2 = 0M = Fsy.rc + Ws.rc.(θ1 + θ2)
Mf =
Mr =
Fsf =
Fsr =
MLLr
MLLf
FsyLLr
FsyLLf
θ1
θ2
θf
Fsy
Ws M θ
r
rf
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/2Roda 3 (roda belakang sebelah luar)
Fz3 = Frst/2 + Fdinr - Fdin L/2Roda 4 (roda belakang sebelah dalam)
Fz4 = Frst/2 – Fdinr – Fdin L/2
Analisa Skid Roda 1 dan 2
Fr1 = μ.Fz1 Fr2 = μ.Fz2Fyαf = Fyα1 + Fyα2 Frf = Fr1 + Fr2Fyαf < Frf maka roda tidak skid
Roda 3 dan 4Fr3 = μ.Fz3 Fr4 = μ.Fz4Fyαr = Fyα3 + Fyα4 Frf = Fr3 + Fr4Fyαr < Frr maka roda tidak skid
Vfs =
Vrs =
+−
+βδβµβδ
ψµsin.sin..5.0/)sin...cos.cos..(
/)..(.fWtLrcWsfbWt
LrcWsFfstR
+
−βµβ
ψµsin...cos..(
/)..(..rcWsaWt
LrcWsFrstLR
Analisa Guling
Mf + Fsf.hf + Fuf.huf + Wuf.huf.θf < Fz2. tf/2Mr + Fsr.hr + Fur.hur + Wur.hur.θr < Fz3.
tr/2Maka kendaraan tidak guling
Vfg =
Vrg =
−−
−−tfhufWuftfLhfLrWsLrcWs
LrcWstfMfFfstR/).(./)cos...(/.sin..5.0
/)...5.0(/2/ββ
ψ
++
−−LrcWstrhurWurtrLhrLfWs
LrcWstrMrFrstR/sin...5.0/..)cos...(
/...5.0/2/ββ
ψ
Hubungan Antar Sudut Slip, Gaya Normal dan Gaya Lateral
Untuk jenis ban bias ply :α = 0.052817 ( Fy α )0.90635 - 0.004633 ( Fz)
Untuk jenis ban radial :α = 0.087935 ( Fy α )0.79008 − 0.005277 ( Fz )
Metodologi Penelitian1. Studi literatur dilaksanakan dengan mempelajari berbagai teori
penunjang yang berkaitan dengan stabilitas kendaraan dari berbagaibuku, 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)rff
Lααδ +−
-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
fL
δ
Start
Data Kendaraan
Masukkan sudut belok(δf)
αf >0αr >0
αf = 0αr = 0LRαδ −
=LR
δ=β = arc tan(tanαr+b/R) β = arc tan(b/R)
Gaya Sentrifugal
Analisa Perpindahan Beban
AB
Tidak
Ya
AB
Karakteristik Ban Gaya Pada Ban
AnalisaGuling Stop
AnalisaSkid Stop
Mencari αf, αr, Rn dan β (Next δf
Ya
Ya
Tidak
Tidak
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.
Terima KasihMohon Saran dan Masukan Untuk
Kesempurnaan Tugas Akhir Ini