Upload
sebastianus-primananda
View
883
Download
28
Embed Size (px)
Citation preview
DASAR-DASAR DINAMIKA
KENDARAAN
Kendaraan Bergerak Lurus dan Berbelok
Sasaran Kuliah:Mahasiswa mengerti tentang: a) Faktor-faktor yang
mempengaruhi dinamika gerak kendaraan.
b) Komponen utama kendaraan beserta fungsinya.
Aktifitas Kelas:• Periksa tugas, jika ada• Reading quiz• Penjelasan materi• Concept quiz• Attention quiz
Dasar Dinamika Kendaraan
Untuk analisa:
• perilaku gerak kendaraan
• perilaku arah serta stabilitas kendaraan
• kemanan kendaraan
• kenyamanan kendaraan.
Dinamika Gerak Lurus
Prinsip Gerak Kendaraan
Gaya Penghambat Gerak Kendaraan
Kendaraan dapat dipercepat jika gaya penggerak (Ftraksi) yang dihasilkan mesin lebih besar dari gaya hambatan pada kendaraan.Hambatan Rolling, RRl
Gaya hambat pada ban akibat berat kendaraan
Berat kendaraan akan menghambat laju kendaraan saat
bergerak menanjak
Hambatan Tanjakan, RG
Hambatan Angin, Rd
Gaya hambatan pada penampang kendaraan akibat angin
3.2) ... cos gmfR rRl
Sisa gaya traksi, setelah digunakan untuk melawan gaya hambat digunakan untuk mempercepat kendaraan, sebesar:
mk
RRRFa
amF
m
DRlGtr
3.3) ... 22
1 vACR dd
= sudut tanjakan (deg)
= koefisien rolling ban
= koefisien hambat angin
= massa jenis udara (kg/m3)
= koefisien massa rotasi
rf
dC
mk
3.1) ... sin gmRG
s
rW
fW
2l
1l
L
W
fR
rR
fF
rF
h
a
ag
W
s
dF
h
Hambatan Gravitasi
gR
Hambatan Rolling
Hambatan Angin
Gaya Dorong/Traksi
akansudut tanj
kendaraan percepatan
(drag)angin hambatan
belakang roda rollinghambatan
depan roda rollinghambatan
avitasianjakan/grhambatan t
belakangpenggerak roda dorong gaya
depanpenggerak roda dorong gaya
:gambar Keterangan
θ
a
R
R
R
R
F
F
d
r
f
g
r
f
Dinamika Gerak Lurus
Free Body Diagram
Total gaya hambatan kendaraan:
grolldR RRFF
Gaya dorong untuk mempercepat kendaraan:
rotasi massakoefisien
gardan pada sian transmiperbanding
transmisigigian perbanding
melintang)letak (mesin ter 0.95 - 0.918
memanjang)letak (mesin ter 0.92 - 0.88
transmisiefisiensi
penggerak sistem efisiensi
(m) jari-jari
(N.m)mesin torsi
(N) belakangpenggerak pendorong gaya
(N)depan penggerak pendorong gaya
(N) belakangdan depan penggerak dorong gaya
m
d
t
t
t
t
m
r
f
rf
k
i
i
r
T
FF
FF
FFF
Keterangan
X
Gaya dorong/traksi diperoleh dari torsi mesin:
Dinamika Gerak Lurus
Analisa Gerak Kendaraan
r
iiTF tdtmtr
...
221
00
0
...
.
tatvss
tavv
mk
RRRFa
m
DRlGtr
Perhitungan daya penggerak kendaraan:
Sehingga percepatan dapat dihitung:
vFP tr
vmk
PPa
m
Rmc
3600
Dinamika Gerak Lurus
Contoh Permasalahan
Sebuah kendaraan berkonsep city car dirancang untuk beroperasi di dalam kota yang padat.
Kendaraan ini dirancang berpenumpang 5 orang, termasuk sopir, dengan massa maksimum 1 ton. Kendaraan ini diharapkan memiliki kecepatan maksimum 70 km/h pada tanjakan G=5% dan mampu menanjak hingga G=20% dengan kecepatan 10 km/h. Luasan penampang kendaraan 5m2 dengan koefisien hambat angin 0.7.
Agar mampu lincah bergerak di kemacetan kendaraan ini harus memiliki percepatan sebesar 4 m/s2. Hitunglah berapa daya mesin yang harus dipasang pada kendaraan tersebut!
Dinamika Gerak Lurus
Penyelesaian Kondisi Gradient Maksimum
Data Parameter Disain:Crush Load, [kg] 1000Max. Gradient, [%] 20at speed, [km/h] 15Max. Speed, [km/h] 70Max. Acceleration, [m/s2] 5at Gradient, [%] 5Transmission System Eff. 0,85Front Area, [m2] 5Drag Coefficient 0,7Air Density, [kg/m3] 1,22Rolling constant 0,017Gravity constant, [m/s2] 9,81
Calculation 1: Power for Maximum Gradient
Resistive Forces Formula Result
Rolling Resistance, [N] 163,53
Drag Resistance, [N] 37,07
Gradient Resistance, [N] 1923,90
Total Resistive Forces, [N] 2124,50
Acceleration Force, [N] 0,00
Tractive Force, [N] 2124,50
Tractive Power, [kW] 10,41
Accessories Power, [kW] 1,15
Total Engine Power, [kW] 11,56
Total Engine Power, [hp] 15,72
cos gmfR rRl2
21 vACR Dd
sin gmR G
GDRlR RRRF
amF a
aRtr FFF
AcctrTot PPP
AcctrTot PPP
tr
tr vFtrP
Dinamika Gerak Lurus
Penyelesaian Kondisi Kecepatan Maksimum
Data Parameter Disain:Crush Load, [kg] 1000Max. Gradient, [%] 20at speed, [km/h] 15Max. Speed, [km/h] 70Max. Acceleration, [m/s2] 5at Gradient, [%] 5Transmission System Eff. 0,85Front Area, [m2] 5Drag Coefficient 0,7Air Density, [kg/m3] 1,22Rolling constant 0,017Gravity constant, [m/s2] 9,81
Calculation 2: Power for Maximum Speed (G=5%)
Resistive Forces Formula Result
Rolling Resistance, [N] 166,56
Drag Resistance, [N] 807,21
Gradient Resistance, [N] 489,89
Total Resistive Forces, [N] 1463,66
Acceleration Force, [N] 0,00
Tractive Force, [N] 1463,66
Tractive Power, [kW] 7,17
Accessories Power, [kW] 1,15
Total Engine Power, [kW] 8,32
Total Engine Power, [hp] 11,32
cos gmfR rRl2
21 vACR Dd
sin gmR G
GDRlR RRRF
amF a
aRtr FFF
AcctrTot PPP
AcctrTot PPP
cos gmfR rRl2
21 vACR Dd
sin gmR G
GDRlR RRRF
amF a
aRtr FFF
AcctrTot PPP
tr
tr vFtrP
Kondisi kritis saat kendaraan berbelok:
• Skid; kendaraan terseret ke samping akibat gaya sentrifugal
• Rolling; roda kendaraan terangkat dari permukaan jalan (terguling)
Fgesek < Flateral Fnormal 0SKID ROLLING
Dinamika Gerak Belok
Parameter Kritis Gerak Belok
a b
cF
gfF
coscF
grF
ft rt
lsentrifuga gaya cF
depan rodagesek gaya gfF
belakang rodagesek gaya gfF
depan rodaantar jarak ft
belakang rodaantar jarak rt
Fgesek < Flateral SKID
Fs = gaya angin dari samping
Fc = gaya sentrifugal
sincF
Dinamika Gerak Belok
Free Body Diagram
h
h
tZBFZAF
coscFsF
LF
WaRM
2grF
2grF
kendaraanberat W
A roda di reaksi ZA F
B roda di reaksi ZA F
lateralarah lsentrifuga gaya cos βFc
samping dariangin gaya s F
rodagesek gaya gr F
lateral gayaakibat gulingmomen Ra M
anginangkat gaya LF
ZfWLF
W
ZrW
paMsincF DF
anginakibat (pitching)angguk momen Ra M
Dinamika Gerak Belok
Free Body Diagram
Fgesek < Flateral SKID
Fs = gaya angin dari samping
Fc = gaya sentrifugal
nRV
gW
c
ccr
ccf
F
Fba
aF
Fba
bF
2
cos
cos
Distribusi gaya sentrifugal pada roda depan dan belakang:
ba
M
ba
hF
ba
hFFW
ba
aF
ba
M
ba
hF
ba
hFFW
ba
bF
paDcLZr
paDcLZf
sin
sin
Distribusi gaya normal dan gaya gesek pada roda depan dan belakang:
Dinamika Gerak Belok
Analisa Skid
Beberapa kondisi skid kendaraan, jika:
Vfs Vrs roda belakang skid lebih awal dibandingkan roda depan
Vfs < Vrs roda depan skid lebih awal dibandingkan roda
belakang
Vfs = Vrs roda belakang dan depan skid bersamaan
Roda depan skid: Roda belakang skid:
sincos hb
MhFFbFWb
W
gRV
FF
paDsLnfs
Zfcf
sincos ha
MhFFaFWa
W
gRV
FF
paDsLnrs
Zrcr
Dinamika Gerak Belok
Analisa Skid: Kondisi Kritis
Gaya normal pada tiap roda kendaraan (Fzi) :
Kondisi kritis guling kendaraan, kecepatan maksimum guling:
ba
MhFhF
t
hFMhF
ba
aFW
ba
aF
ba
MhFhF
t
hFMhF
ba
bFW
ba
bF
ba
MhFhF
t
hFMhF
ba
bFW
ba
bF
ba
MhFhF
t
hFMhF
ba
aFW
ba
aF
paDc
r
sRacLZ
paDc
r
sRacLZ
paDc
f
sRacLZ
paDc
r
sRacLZ
2
sincos
2
2
sincos
2
2
sincos
2
2
sincos
2
4
3
2
1
Kendaraan disebut terguling jika satu atau lebih rodanya terangkat:
mpimgiiZi
Zi
FFWF
F
0
sin5.0
5.05.0
sin5.0
5.05.0
cos
cos
h
MhFaFWa
W
gRV
h
MhFbFWb
W
gRV
r
r
sRa
f
f
sRa
tha
paDthFM
Lnfg
thb
paDthFM
Lnfg (Roda depan )
(Roda belakang )
Dinamika Gerak Belok
Analisa Guling (Rolling)
Jalan dibuat miring agar kendaraan lebih tahan terhadap kondisi skid dan guling.
sF
coscos cF
LF
W
aRM
sinWcoscF
cosW
Gaya lateral yang mengakibatkan skid menjadi lebih kecil:
sincoscos
sincoscos
WFFba
aF
WFFba
bF
sccr
sccf
Kecepatan kritis kendaraan skid:
sinsincoscoscos
sincos
sinsincoscoscos
sincos
ha
MhFWFaFWa
W
gRV
hb
MhFWFbFWb
W
gRV
paDsLnrs
paDsLnfs
Dinamika Gerak Jalan Miring
Dinamika Kendaraan Belok pada Jalan Miring
ba
MhFhF
t
hFMhWhF
ba
aFFW
ba
aF
ba
MhFhF
t
hFMhWhF
ba
bFFW
ba
bF
ba
MhFhF
t
hFMhWhF
ba
bFFW
ba
bF
ba
MhFhF
t
hFMhWhF
ba
aFFW
ba
aF
paDc
r
sRacLcZ
paDc
r
sRacLcZ
paDc
r
sRacLcZ
paDc
r
sRacLcZ
2
sin
sinsincossincoscos
2
2
sin
sinsincossincoscos
2
2
sin
sinsincossincoscos
2
2
sin
sinsincossincoscos
2
4
3
2
1
Gaya normal pada tiap roda kendaraan (Fzi) :
Kondisi kritis guling kendaraan, kecepatan maksimum guling:
sinsincos5.0
5.0cos5.0
sinsincos5.0
5.0cos5.0
coscos
sin
coscos
sin
ha
MhFaFWa
W
gRV
hb
MhFbFWb
W
gRV
f
f
sRa
f
f
sRa
tha
paDthFMwh
Lnfg
thb
paDthFMwh
Lnfg
(Roda depan )
(Roda belakang )
Dinamika Gerak Jalan Miring
Analisa Guling (Rolling) pada Jalan Miring
Penentuan titik berat kendaran dilakukan dengan melakukan pengukuran berat kendaraan bagian depan dan belakang:
fW rW
fW
baLW
Wbab
W
Wbaa
f
r
Jarak wheelbase (L) kendaraan:
rata)-(rata roda jari-jari
tan
r
hrhW
bWbaWh
r
fr
Tinggi pusat massa (h) kendaraan:
Dinamika Gerak Jalan Miring
Titik Berat Kendaraan
Contoh Soal
Contoh: Unjuk Kerja Kendaraan
Sebuah kendaraan penumpang memiliki berat total 21,24 kN. Setiap rodanya memiliki rolling radius sebesar 33 cm dan radius gyrasi 25,4 cm serta berat 244,6 N.
Mesin menghasilkan torsi sebesar 325 N.m pada putaran 3500 rpm. Momen inersia dari bagian yang berputar pada mesin sebesar 0,733 km.m2. Efisiensi transmisi sebesar 85% dan total rasio penurunan kecepatan pada tingkat gigi ke tiga sebesar 4,28:1.
Kendaraan memiliki luas penampang 1,86 m2 dan koefisien aerodinamik drag sebesar 0,38. Koefisien tahanan rolling 0,02.
Hitunglah percepatan kendaraan pada jalan datar untuk kondisi ini!
Contoh Soal
Penyelesaian: Unjuk Kerja Kendaraan
Faktor massa kendaraan km pada tingkat gigi ke tiga dapat dihitung sebagai berikut:
Gaya traksi kendaraan dapat dihitung sebagai berikut:
Kecepatan kendaraan dapat dihitung sebagai berikut:
Asumsikan, jika I = 3% maka kecepatan kendaraan adalah:
Total hambatan pada kendaraan merupakan penjumlahan hambatan aerodinamik dan hambatan rolling:
Percepatan kendaraan dapat dihitung:084,1
33,0217028,4733,064
1
1
2
2
2
2
m
wm
k
mr
IIk
Nr
MF toetr 3585
N 755ra RRR
2m/s 2,1
mk
RFa
m
irnv
o
e 1
km/h 7,98v
Contoh Soal
Contoh: Konsumsi Bahan Bakar
Dua buah kendaraan memiliki berat yang sama 135 kN. Kendaraan A memiliki hambatan gerak sebesar 8,98 kN sedangkan kendaran B sebesar 7,16 kN.
Jika kedua kendaraan tersebut digunakan untuk menarik beban dengan gaya hambat 40,03 kN hitunglah berapa bear selisih konsumsi bahan bakar antara keduanya saat melaju 10 km/h.
Dalam perhitungan gunakan SFC rata-rata = 0,30 kg/kW.h
Contoh Soal
Penyelesaian: Konsumsi Bahan Bakar
Hambatan internal kedua kendaraan:
Agar dapat menarik beban dengan hambatan 40,03 kN, kendaraan A membutuhkan traksi sebesar:
Berdasarkan tabel di samping kendaraan A harus mengalami slip sebesar 28,3% agar dapat mencapai gaya traksi ini. Besar tenaga engine yang diperlukan kendaraan A adalah:
Konsumsi bahan bakar kendaraan A:
VWRin 3222
kW 239
85,0283,016,3/1048,52
1
P
P
ivF
Ptr
tr
kNF
F
FRF
tr
tr
dtr
48,52
03,4047,389,8
hkg 6,713,0239 sh uPu
Kebutuhan traksi kendaraan B agar mampu menarik beban:
Berdasarkan tabel, kendaraan B slip sebesar 14,2%. Besar tenaga engine yang diperlukan kendaraan B adalah:
Konsumsi bahan bakar kendaraan B:
kN 66,5003,4047,316,7 trF
kW 193
85,0142,016,3/1066,50
1
P
P
ivF
Ptr
tr
hkg 7,573,0193 sh uPu