i

LAPORAN KEMAJUAN

PENELITIAN iCAR

DANA ITS 2020

PePrototyping Renewable Solar Energy pada Autonomous Car ITS

Tim Peneliti :

Hendro Nurhadi, Dipl.-Ing., Ph.D. (Teknik Mesin Industri/Vokasi)

Dr. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng (Teknik Elektro/Teknologi Elektro dan Informatika

Cerdas)

Dr. Atria Pradityana, ST., MT (Teknik Mesin Industri/Vokasi)

DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

Sesuai Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian No: 877/PKS/ITS/2020

i

Daftar Isi

Daftar Isi ........................................................................................................................................................ i

Daftar Gambar .............................................................................................................................................. ii

Daftar Lampiran........................................................................................................................................... iii

BAB I RINGKASAN ................................................................................................................................... 1

BAB II HASIL PENELITIAN ...................................................................................................................... 2

BAB III STATUS LUARAN ........................................................................................................................ 9

BAB IV KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN ............................................................................. 10

BAB V RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA ................................................................................... 11

BAB VI DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 12

BAB VII LAMPIRAN ................................................................................................................................ 12

LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran ........................................................................................................... 14

ii

Daftar Gambar

Gambar 1 Sifat mekanik dari AISI 1045 ………………………………………………………………. 2

Gambar 2 Proses meshing beserta bentuk model 3D chassis ………………………………………….. 2

Gambar 3 Pembebanan twisted load pada bagian depan kendaraan …………………………………… 3

Gambar 4 Deformasi total beban torsi …………………………………………………………………. 3

Gambar 5 Tegangan ekivalen maksimum beban torsi ………………………………………………….. 3

Gambar 6 Kondisi pembebanan beban bending ………………………………………………………… 4

Gambar 7 Deformasi total beban bending ………………………………………………………………. 4

Gambar 8 Tegangan ekivalen maksimum beban bending ………………………………………………. 5

Gambar 9 Free body diagram single track ……………………………………………………………… 5

Gambar 10 Grafik radius belok terhadap kecepatan ……………………………………………………. 7

Gambar 11 Grafik yaw rate terhadap kecepatan ………………………………………………………… 7

Gambar 12 Grafik sudut slip terhadap kecepatan ……………………………………………………….. 8

iii

Daftar Lampiran

1

BAB I RINGKASAN

Dewasa ini teknologi di dunia otomotif semakin berkembang. Salah satunya adalah mobil tanpa awak

(autonomus car). Autonomus car adalah suatu kendaraan yang mampu bergerak sendiri tanpa campur tangan

manusia. Autonomus car menggunakan beberapa fitur seperti sensor lidar, GPS, radar dan bebarapa

komponen lain sebagai penunjang untuk mengenali lingkungan sekitarnya.

Salah satu bagian penting dari sebuah kendaraan terutama autonomus car adalah chassis. Konstruksi dari

sebuah chassis sendiri diharuskan memiliki kekakuan dan kekuatan yang mampu menahan guncangan,

tekanan, dan getaran yang terjadi pada kendaraan. Desain dari suatu chassis harus melalui kalkulasi yang

dalam agar didapatkan chassis yang mampu menahan beban total yang diterima oleh kendaraan.

Untuk menjembatani tahap desain dan kalkulasi desain diperlukan simulasi untuk menganalisa kekuatan

struktur pada chassis kendaraan. Sebelum analisa dilakukan, desain dari chassis sendiri dibuat dalam bentuk

3D model mengggunakan software Solidworks. Selanjutnya 3d model tersebut dianalisa secara finite

element method menggunakan software Ansys.

Selain ditinjau dari kekuatan struktur, bagaimana sebuah kendaraan bergerak juga perlu diperhatikan.

Beberapa software pemodelan mampu menunjang untuk melakukan analisa kendaraan yang bergerak. Salah

satu pemodelan yang dapat digunakan untuk menganalisa kendaraan bergerak yaitu pemodelan single track..

Single track sendiri merupakan pemodelan gerak yang mengacu pada 3 variabel yaitu radius belok, yaw rate

dan sudut slip.

Kata kunci : autonomus car, chassis, finite element method, single track

2

BAB II HASIL PENELITIAN

A. Analisa Finite Element Method

Sebelum analisa FEM dilakukan, chassis terlebuh dahulu didesain menggunakan software Computer Aided

Drawing (CAD) yaitu Solidworks berdasarkan pengukuran langsung pada kendaraan autonomus. Setelah

mendapatkan bentuk 3D dari chassis, dilanjutkan ke tahap simulasi menggunakan software Computer Aided

Engineering (CAE) yaitu Ansys Workbench. Cakupan analisa FEM yang dilakukan yaitu pembebanan torsi

dan bending. Material yang digunakan pada chassis kendaraan menggunakan AISI 1045. Sifat mekanik dari

AISI 1045 ditunjukkan datasheet material pada gambar 1

Gambar 1 Sifat mekanik dari AISI 1045

Pada tabel sifat mekanik AISI 1045, diketahui besar nilai Yield Strength (Sy) yaitu 530 MPa sedangkan nilai

Ultimate Tensile Strength sebesar 625 MPa. Pada analisa FEM, meshing menggunakan metode tetrahedron

element. Proses meshing beserta model 3D dari chassis autonomus ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2 Proses meshing beserta bentuk model 3D chassis

3

Setelah proses meshing selanjutnya dilakukan analisa pembebenan torsi dan bending. Pada analisa

pembebanan torsi, beban puntir (twisted load) pada kendaraan autonomus diletakkan pada bagian depan

kendaraan. Skema pemebebanan twisted load ditunjukkan pada gambar 3. Sedangkan bagian belakang

kendaraan diasumsikan fixed support. Deformasi total dan tegangan ekivalen yang terjadi pada kendaraan

autonomus ketika diberikan twist load ditunjukkan berurutu pada gambar 4 dan gambar 5.

Gambar 3 Pembebanan twisted load pada bagian depan kendaraan

Gambar 4 Deformasi total beban torsi

Gambar 5 Tegangan ekivalen maksimum beban torsi

4

Dari hasil analisa statis beban torsi dari simulasi FEM menggunakan software Ansys Workbench, didapatkan

deformasi maksimum akibat beban torsi sebesar 5,9164 mm. Sedangkan besar tegangan ekivalen maksimum

yang terjadi akibat beban torsi sebesar 184,3 MPa.

Selanjutnya untuk analisa statis beban bending. Pada chassis kendaraan diberikan 3 pembebanan yang

ditunjukkan pada gambar 6. Terdapat 3 beban yang diterima oleh chassis kendaraan automus yaitu

penumpang, motor DC dan aki. Ketiga pembebanan ini merupakan vertical load dengan arah gaya menuju

sumbu Y negative dimana diasumsikan juga terdapat fix support yang menyokong bagian depan dan

belakang chassis. Deformasi total dan tegangan ekivalen maksimum yang terjadi pada kendaraan autonomus

ketika diberikan twist load ditunjukkan berurutu pada gambar 7 dan gambar 8.

Gambar 6 Kondisi pembebanan beban bending

Gambar 7 Deformasi total beban bending

5

Gambar 8 Tegangan ekivalen maksimum beban bending

Dari hasil analisa statis beban bending dari simulasi FEM menggunakan software Ansys Workbench,

didapatkan deformasi maksimum akibat beban bending sebesar 5,146 mm. Sedangkan besar tegangan

ekivalen maksimum yang terjadi akibat beban torsi sebesar 294,8 MPa. Mengacu pada sifat mekanik material

AISI 1045 dimana besar nilai Sy 530 MPa, hasil tegangan ekivalen maksimum yang didapatkan pada analisa

statis beban bending lebih kecil dibandingkan nilai yield strength material AISI 1045.

B. Pemodelan Gerak Belok Single Track

Pemodelan gerak belok yang dipakai untuk pemodelan gerak belok menggunakan model single track. Single

track sendiri merupakan pemodelan gerak yang mengacu pada 3 variabel yaitu radius belok, yaw rate dan

sudut slip. Beberapa asumsi dibutuhkan dalam proses pemodelan antara lain :

• Kecepatan kendaraan konstan, tidak ada akselerasi dan deselarasi mendadak

• Kekakuan system suspensi pada saat belok diabaikan

• Gerak rolling dan pitching diabaikan

• Sudut chamber roda diabakan

• Perilaku dan karateristik ban linier

Free body diagram dari model single track ditnjukkan pada gambar 9.

Gambar 9 Free body diagram single track

6

Persamaan yang dihasilkan dari gambar 9 sebagai berikut

Σ𝐹𝑦 = 𝑚. �̈�𝑦

2𝐹𝑦𝑓 + 2𝐹𝑦𝑟 = 𝑚𝑉(�̇� + 𝑟)

−2𝐾𝑓𝛽𝑓 − 2𝐾𝑟𝛽𝑟 = 𝑚𝑉 (𝑑𝛽

𝑑𝑡+ 𝑟)

Σ𝑀𝑧 = 𝐼𝑑𝑟

𝑑𝑡

2𝑙𝑓 − 2𝑙𝑟𝐹𝑦𝑟 = 𝐼𝑑𝑟

𝑑𝑡

−2𝑙𝑓𝐾𝑓𝛽𝑓 + 2𝑙𝑟𝐾𝑟𝛽𝑟 = 𝐼𝑑𝑟

𝑑𝑡

Dimana persamaan sudut slip roda depan dan belakang sebagai berikut

𝛽𝑓 = 𝛽 +𝑙𝑓𝑟

𝑉− 𝛿

𝛽𝑟 = 𝛽 −𝑙𝑟𝑟

𝑉

Persamaan di atas merupakan persamaan gerak kendaraan model single track dimana respon variable gerak

belok kendaraan berupa sudut slip (𝛽) dan yaw rate (r). Adapun parameter input pada pemodelan gerak

belok model single track antara lain :

• Massa dan inersia kendaraan

• Kecepatan (V) dan susut kemudi roda (𝛿)

• Cornering stiffness ban (𝐾𝑓) dan (𝐾𝑟)

• Centre gravity kendaraan (𝑙𝑓) dan (𝑙𝑟)

Pemodelan single track yang digunakan dalam kondisi steady state, dimana perubahan karateristik

kendaraan dari sudut slip dan yaw rate terhadap waktu diabaikan. Sehingga persamaan gerak kendaraan

model single track dapat disederhanakan menjadi berikut

𝜌 = (1 −𝑚

2𝑙2𝑙𝑓𝐾𝑓 − 𝑙𝑟𝐾𝑟

𝐾𝑓𝐾𝑟𝑉2)

𝑙

𝛿

𝑟 =1

1 −𝑚2𝑙2

𝑙𝑓𝐾𝑓 − 𝑙𝑟𝐾𝑟𝐾𝑓𝐾𝑟

𝑉2

𝑉

𝑙𝛿

𝛽 =

(

1 −

𝑚2𝑙2

𝑙𝑓𝑙𝑟𝐾𝑟

𝑉2

1 −𝑚2𝑙2

𝑙𝑓𝐾𝑓 − 𝑙𝑟𝐾𝑟𝐾𝑓𝐾𝑟

𝑉2)

𝑙𝑟𝑙𝛿

Persamaan gerak belok single track steady state di atas kemudian disimulasikan ke Matlab menghasilakan

output sebagai berikut

7

Gambar 10 Grafik radius belok terhadap kecepatan

Gambar 11 Grafik yaw rate terhadap kecepatan

8

Gambar 12 Grafik sudut slip terhadap kecepatan

9

BAB III STATUS LUARAN

Status Luaran berisi status tercapainya luaran wajib yang dijanjikan dan luaran tambahan (jika ada). Uraian

status luaran harus didukung dengan bukti kemajuan ketercapaian luaran di bagian bab Lampiran

10

BAB IV KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN

Adapun beberapa kendala saat penelitian berjalan sebagai berikut :

1. Timeline waktu padat sehingga proses pelaksanaan penelitian sangat tergesa-gesa

2. Sempat berpindahnya tempat pengerjaan dari Sidoarjo ke Surabaya sehingga mobilitas tim

terganggu

11

BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA

Adapun rencana tahapan selanjutnya dalam penelitian ini antara lain :

1. Pemodelan steering pada kendaraan 2. Pemodelan mekatronika pada kendaraan

12

BAB VII DAFTAR PUSTAKA

Kriswono, A., Abubakar, M., Suryaputra, H., & Noviantoro , B. (2017). Desain dan Analisis

Statik Rangka Chassis Square Bar dengan FEM. ITB.

Schramm, D. (2014). Vehicle Dynamics, Modelling and Simulation. Heidelberg: Springer.

Wasiwatono , U., & Prayitno, Y. (2016). Pemodelan Gerak Belok Steady State dan Transient pada

Kendaraan Empat Roda. Jurnal Teknik ITS.

13

BAB VIII LAMPIRAN

Lampiran berisi tabel daftar luaran (Format sesuai lampiran 1) dan bukti pendukung luaran wajib dan luaran

tambahan (jika ada) sesuai dengan target capaian yang dijanjikan

14

LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran

Program :

Nama Ketua Tim :

Judul :

1.Artikel Jurnal

No Judul Artikel Nama Jurnal Status Kemajuan*)

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, published

2. Artikel Konferensi

No Judul Artikel Nama Konferensi (Nama

Penyelenggara, Tempat,

Tanggal)

Status Kemajuan*)

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, presented

3. Paten

No Judul Usulan Paten Status Kemajuan

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review

4. Buku

No Judul Buku (Rencana) Penerbit Status Kemajuan*)

*) Status kemajuan: Persiapan, under review, published

5. Hasil Lain

No Nama Output Detail Output Status Kemajuan*)

*) Status kemajuan: cantumkan status kemajuan sesuai kondisi saat ini

6. Disertasi/Tesis/Tugas Akhir/PKM yang dihasilkan

No Nama Mahasiswa NRP Judul Status*)

*) Status kemajuan: cantumkan lulus dan tahun kelulusan atau in progress