0708: Yohanes & Agus S. Pramono TR-65

STUDI PERFORMANSI KENDARAAN MULTIGUNA PEDESAAN

Yohanes∗dan Agus Sigit Pramono

Laboratorium OtomotifJurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Kampus ITS Sukolilo, SurabayaTelepon 0856 5521 7285

∗e-Mail: yunus@me.its.ac.id

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK

Kendaraan multiguna pedesaan adalah kendaraan yang selain untuk mengangkut penumpang, juga bisa digunakan untukberdagang dan mengolah hasil pertanian. Dengan disain unik sistem transmisi dan berbagai tipe box yang bisa diganti denganmudah maka kendaraan ini bisa digunakan sesuai dengan kebutuhan orang desa. Analisa keseluruhan pada kendaraan multi-guna rancangan mula yang meliputi komponen penunjang kinerja, kekuatan, keselamatan, dan kenyamanan telah dilakukan.Sistem transmisi multiguna yang digunakan untuk lintasan on-road, off-road, dan keperluan produksi telah ditentukan rasiooptimalnya. Chassis yang menopang bodi multiguna telah dianalisa kekuatannya terhadap beban statik dan tabrakan. Sistemkemudi telah dianalisa untuk kondisi Ackerman, steering error dan perbaikannya. Jarak pengereman dan distribusi gayanyatelah dihitung untuk kondisi aktual dan ideal pada kondisi kosong maupun beban penuh. Kinerja sistem suspensi untuk menun-jang kenyamanan dan kestabilan kendaraan pada jalan bergelombang, saat pengereman dan berbelok telah dianalisa. Analisaergonomi kabin untuk menghindari cidera dan meningkatkan kenyamanan telah dilakukan beserta saran perbaikannya. Secarakeseluruhan disimpulkan bahwa memungkinkan untuk mengembangkan kendaraan multiguna dari rancangan awal yang telahada dengan berbagai perubahan dan tambahan. Pengurangan berat dan peningkatan daya engine perlu diteliti lebih lanjutuntuk meningkatkan kinerja kendaraan secara keseluruhan.

Kata Kunci: Kendaraan multiguna, transmisi multiguna, chassis, ergonomi kabin

I. PENDAHULUANBeragamnya kebutuhan terhadap alat transportasi

produktif yang terjangkau oleh masyarakat pedesaanmelahirkan banyak ide kreatif untuk melakukan mod-ifikasi kendaraan. Mobil yang berfungsi utama se-bagai alat trans-portasi dimodifikasi menjadi mobiltoko hingga kendaraan perontok dan penggiling padi(GAMBAR 1). Namun, modifikasi tersebut menghi-langkan fungsi utama kendaraan sebagai alat angkutpenumpang dan barang. Rancangan tersebut jugabelum dikaji kelayakannya dari sisi kinerja, kesela-matan, dan kenyamanan. Oleh karena itu, perlu diran-cang sebuah kendaraan multiguna yang mampu men-dukung produktifitas masyarakat desa dengan hargaterjangkau, namun memenuhi standar kelayakan alattransportasi.

Bekerjasama dengan mitra industri, pada penelitianini akan dibuat sebuah prototype kendaraan multi-guna dengan rancangan dasar adalah mobil pick-upberpenggerak 650 cc. Pengembangan utama yang di-lakukan adalah modifikasi chassis dan bodi belakangsehingga memudahkan penggantian bodi belakang

sesuai peruntukannya (GAMBAR 2). Sistem transmisimultiguna juga dirancang untuk menyalurkan torsi danputaran sesuai peruntukannya. Untuk fungsi trans-portasi, torsi besar diperlukan pada lintasan off-road se-dangkan kelajuan maksimal dan konsumsi bahan bakaryang irit diperlukan pada lintasan on-road.[1–3] Lebihdari itu, untuk fungsi produksi, sistem transmisi multi-guna ini juga bisa mengalihkan aliran daya dan putaran

GAMBAR 1: Mobil gerandong.

Prosiding InSINas 2012

TR-66 0708: Yohanes & Agus S. Pramono

dari gearbox ke mesin atau peralatan yang dipasangpada kendaraan.[4] Pengembangan lain yang dilakukanuntuk keamanan dan kenyamanan kendaraan adalah;sistem kemudi, sistem pengereman, sistem suspensi,dan interior kabin.[5–8]

(a)

(b)GAMBAR 2: Mobil multiguna, (a) Mode transportasi, (b) modeproduksi.

Pada tahun pertama, penelitian difokuskan untukmenganalisa kinerja dan karakteristik kendaraan ran-cangan mula serta menentukan saran perbaikan. Ran-cangan perbaikan, pembuatan prototype baru danpengujiannya akan dilakukan pada tahun kedua danketiga. Analisa dilakukan dengan pemodelan matema-tis, perhitungan numerik, pengujian/eksperimen, sertapemodel-an finite element. Saran perbaikan diten-tukan dengan membandingkan hasil analisa kinerjadan karakter kendaraan terhadap standar dan regulasiyang berlaku.

II. METODOLOGIAnalisa kendaraan dimulai dari sistem penggerak

(drive train) meliputi; kelajuan maksimum, kemam-puan tanjak maksimum, dan konsumsi bahan bakar.Persamaan gerak kendaraan arah longitudinal (GAM-BAR 3) beserta data pengukuran kinerja engine digu-nakan untuk menentukan kinerja sistem transmisi. Pe-rubahan kelajuan maksimum dan konsumsi bahanbakar terhadap variasi rasio final drive dianalisa un-

tuk menentukan rasio transmisi multiguna pada kon-disi on-road dan off-road.

Chassis kendaraan berfungsi untuk menopangbeban statis dan dinamis sekaligus melindungipenumpang saat tabrakan. Dari data geometri chassisserta distribusi beban komponen dan muatan, dibuatmodel finite element chassis dengan jenis elemenshell. Untuk analisa kekuatan terhadap beban statis,Chassis ditumpu pada dudukan suspensi dengan jenistumpuan engsel dan dibebani oleh berat komponendan muatan yang ditopangnya. Hasil simulasi numerikberupa tegangan dan defleksi akan dianalisa. Untukanalisa tabrakan, chassis ditabrakkan ke tembok betonpadat dengan kecepatan mula 48,3 km/jam sesuaistandar MVSS 204. Pergeseran kolom kemudi dihitungdan dibandingkan dengan standar ijin maksimal 127mm ke arah pengemudi.

Sistem kemudi akan dianalisa untuk kondisi belokAckerman. Kinematika sistem kemudi rack-pinion di-modelkan secara matematis untuk menentukan posisidan ukuran yang tepat sehingga steering error bisa di-minimalkan.

Gaya pengereman aktual dan distribusinya padatiap poros serta jarak pengereman dihitung berdasarkan gaya pedal yang dialirkan ke rem depan dan be-lakang. Hasilnya dibandingkan dengan kondisi ideal

GAMBAR 3: Diagram gaya kendaraan.

Prosiding InSINas 2012

0708: Yohanes & Agus S. Pramono TR-67

GAMBAR 4: Daya dorong roda penggerak tiap tingkat gearbox.

yang diperoleh dari perhitungan menggunakan per-samaan gerak longitudinal kendaraan.

Kinerja sistem suspensi dianalisa untuk gerak bounc-ing, pitching, dan rolling kendaraan akibat profil lin-tasan, pengereman, dan kondisi belok. Hasil ini diper-oleh dari perhitungan numerik yang didasarkan padapersamaan gerak kendaraan dengan model full car.Parameter sistem suspensi diperoleh dari pengujian.Hasil analisa digunakan untuk menentukan kelayak-anstruktur sistem suspensi kendaraan.

Ergonomis dari rancangan kabin kendaraan disim-ulasikan dengan software RULA-CATIA. Digunakanlima responden dengan postur tubuh yang berbeda un-tuk uji cedera tubuh pengemudi dan penumpang. Po-sisi tubuh tiap responden diukur untuk posisi menge-

GAMBAR 5: Gaya dorong dan kecepatan kendaraan.

mudi, memindahkan tuas gearbox, tuas handbrakeserta posisi penumpang. Hasil analisa digunakan seba-gai dasar perbaikan ergonomi kabin dengan beberapaalternatif perbaikan.

Data spesifikasi kendaraan yang digunakan dalampenelitian ini adalah sebagai berikut:

Dimensi keseluruhanWheelbase (L), m 2550Trackwidth (t), m 1550

BebanMassa muatan penuh (Wl), kg 1500Massa skosong (W0), kg 910

TransmisiRasio clutch (is) 1,6Rasio gearbox

gigi ke-1 4:1gigi ke-2 2,8:1gigi ke-3 1,8:1gigi ke-4 1:1

Rasio final drive (iE) 4,9:1Jejari dinamis roda (rdyn), m 0,27

KemudiPanjang tie-rod (Lt), m 0,365Panjang steering arm (La) 0,126Jarak rack ke sumbu roda (hs), m 0,147Jarak sumbu steering arm (Wr),m 0,129Panjang rack (Lr), m 0,645

RemJarak pedal-tumpuan (a), m 0,28Jarak push rod-tumpuan (b), m 0,09Diameter master silinder (dm), m 0,03Diameter piston kaliper (dc), m 0,05Diameter rotor disk (dr), m 0,23Diameter wheel silinder (dw), m 0,0225Diameter tromol silinder (db), m 0,24Lebar kanvas rem tromol (wb), m 0,04Jarak wheel silinder-tumpuan (lw), m 0,17Sudut rem 1 (θ1), deg 20Sudut rem 2 (θ2), deg 110

III. HASIL DAN PEMBAHASANDaya pada roda penggerak hasil pengujian meng-

gunakan chassis dynamometer untuk tiap rasio trans-misi seperti ditunjukkan pada GAMBAR 4. Daya dorongtersebut dikonversikan menjadi gaya dorong untuktiap tingkat transmisi seperti ditunjukkan oleh GAM-BAR 5. Dari grafik gaya dorong dengan sistem transmisimula, kendaraan memiliki kemampuan tanjak maksi-mum hingga 50% atau 45◦ dan kelajuan maksimum 70km/jam untuk kondisi tanpa muatan. Dari grafik ke-cepatan diketahui bahwa rasio transmisi bersifat pro-gresif dengan rentang kelajuan yang lebih lebar padatop gear. Dengan lebih banyak beroperasi pada topgear, konsumsi bahan bakar akan lebih irit dan awet.

Prosiding InSINas 2012

TR-68 0708: Yohanes & Agus S. Pramono

Konsumsi bahan bakar pada top gear dapat dilihatpada GAMBAR 6.

Konsumsi bahan bakar yang paling irit diperolehpada rentang kelajuan 40 - 50 km/jam sebesar 1,4liter per 25 kilometer jarak tempuh. Jika rasio finaldrive diperkecil hingga 3,6 maka kelajuan maksimaldapat ditingkatkan menjadi 80 km/jam dan konsumsibahan bakar dapat lebih irit hingga 0,8 liter per 25kilometer jarak tempuh pada rentang kelajuan 50-70km/jam (GAMBAR 7). Rasio final drive yang lebih ren-dah akan mengurangi kemampuan tanjak kendaraanmenjadi 30% (GAMBAR 8).

Dari simulasi chassis untuk beban statis, seperti di-tunjukkan gambar 9, diperoleh distribusi deformasi dantegangan. Defleksi maksimum pada bagian dudukanengine sangat kecil, kurang dari 1 mm. Defleksi initidak akan berpengaruh pada kinerja sistem penggerak.Tegangan maksimum terjadi pada dudukan bodi de-pan sebesar 232,5 MPa sehingga masih aman. Namun,bagian ini harus diperkuat untuk mengatasi transferload ke depan akibat pengereman atau lintasan menu-run. Sedangkan, rangka chassis secara keseluruhanterlampau kuat sehingga memungkinkan penguranganberat chassis tanpa mengalami kegagalan.

Dari hasil simulasi tabrakan, seperti ditunjukkanpada gambar 10, deformasi maksimum terjadi di ujungdepan sebesar 24 mm sedangkan pergeseran posisikolom kemudi hanya 10 mm. Dengan demikian,struktur chassis ini sangat kaku sehingga energi tum-bukan yang diserap kecil dan energi tumbukan yangditeruskan ke penumpang lebih besar.

Dari analisa sistem kemudi diketahui bahwa steeringerror terhadap kondisi Ackerman masih besar seperti

GAMBAR 6: Kinerja top gear.

(a)

(b)GAMBAR 7: Pengaruh rasio final drive terhadap; (a) kelajuan mak-simum, (b) konsumsi bahan bakar

ditunjukkan oleh GAMBAR 11. Untuk memperbaiki kon-disi ini posisi rack harus digeser 7 cm di belakangsumbu roda serta merubah panjang steering arm men-jadi 12,5 cm, seperti ditunjukkan pada GAMBAR 12 danGAMBAR 13.

Dari perhitungan sistem pengereman diketahui dis-tribusi gaya pengereman aktual kendaraan adalah 80%di poros depan dan 20% di poros belakang. Untukmenghasilkan pengereman yang baik, distribusi terse-but seharusnya 58% di poros depan dan 42% di porosbelakang untuk kondisi tanpa muatan, serta 32% diporos depan 62% di poros belakang ketika bermuatanpenuh. Perbedaan menunjukkan bahwa sistem pen-gereman yang ada tidak baik karena roda depan cen-derung lock terlebih dahulu. Akibatnya, jarak pengere-

Prosiding InSINas 2012

0708: Yohanes & Agus S. Pramono TR-69

GAMBAR 8: Grafik traksi dan kelajuan dengan rasio final drive 3,6.

man bertambah panjang seperti ditunjukkan TABEL 1.

(a)

(b)GAMBAR 9: Distribusi deformasi dan tegangan akibat beban statis.

GAMBAR 10: Deformasi akibat tabrakan.

GAMBAR 11: Steering error.

TABEL 1: Jarak pengereman (m)Kelajuan Ideal Aktual(km/jam) Kosong Penuh Kosong Penuh

40 13,32 13,37 11,12 22,5960 27,25 27,49 22,4 48,0280 45,65 46,4 37,25 82,27

Dari hasil pengujian dan simulasi sistem suspensidiperoleh hasil bahwa, dengan kekakuan pegas depan10 kN/m dan pegas belakang 15 kN/m serta konstantaperedam 1,3 N-s/m, kendaraan mengalami percepatanvertikal lebih besar dari ISO 2631-1: 1997 (GAMBAR 14).

Analisa kestabilan kendaraan pada berbagai kondisidapat dilihat pada TABEL 2. Sudut pitching dan rolling

Prosiding InSINas 2012

TR-70 0708: Yohanes & Agus S. Pramono

GAMBAR 12: Pengaruh pergeseran jarak rack terhadap error.

GAMBAR 13: Pengaruh panjang steering arm terhadap error.

GAMBAR 14: Percepatan vertikal dalam domain frekuensi.

sangat besar saat kondisi pengereman dan belok men-jadikan kendaraan tidak stabil dan dapat merusak sis-tem suspensi.

Dari analisa RULA untuk ergonomi kabin denganparameter resiko cedera tubuh diperoleh hasil bahwarancangan mula masih memiliki resiko cidera yang

TABEL 2: Tabel kestabilan kendaraan (◦)Kondisi Pitching RollingProfil lintasan 6 6,5Pengereman 35 0Berbelok 5,5 16

(a)

(b)GAMBAR 15: Analisa cidera tubuh dan perbaikannya.

tinggi untuk posisi mengemudi dan pemindahan tuashandbrake sehingga diperlukan perbaikan seperti di-tunjukkan oleh GAMBAR 15. Lebih dari itu, untuk me-nunjang kenyamanan dan menghindari resiko cideratubuh pada pengemudi dan penumpang dilakukan pe-rubahan kabin dengan dua alternatif seperti ditunjuk-kan pada GAMBAR 15.

IV. KESIMPULANAnalisa rancangan mula kendaraan multiguna

pedesaan telah dilakukan pada setiap bagian pen-ting yang menunjang kinerja, keselamatan, dankenyamanan dengan disertai saran perbaikannya.Rancangan mula ini memungkinkan untuk digunakansebagai dasar pengembangan kendaraan multiguna.Dengan mengurangi berat kendaraan dan meningkat-kan daya engine, kinerja kendaraan multiguna akanmenjadi lebih baik. Demikian halnya, jika interiorkabin diperbaiki ergonominya, kendaraan multigunaini akan menjadi kendaraan pedesaan yang aman dannyaman bagi pengendara dan penumpang.

Prosiding InSINas 2012

0708: Yohanes & Agus S. Pramono TR-71

(a)

(b)GAMBAR 16: Alternatif perbaikan kabin

UCAPAN TERIMA KASIHKami mengucapkan terimakasih kepada Kemenris-

tek atas dukungan dana dan motivasi sehingga terlak-sananya penelitian ini. Juga kepada PT. INKA danVEDC sebagai anggota konsersium atas bantuan dankerjasamanya dalam penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA[1] Sutantra, I.N., (2011), Teknologi Otomotif, Guna

Widya, Surabaya.[2] Bosch, R., (2011), Automotive Handbook 8th edi-

tion, SAE, New York.[3] Naunheimer, H., (2011), Automotive Transmission

2nd edition, Springer, New York.[4] Yohanes, Sutantra, I.N., Wasiwitono, U., (2012),

Sistem Transmisi Multiguna untuk Meningkat-kan Kinerja dan Mengurangi Konsumsi BahanBakar pada Kendaraan Multiguna Pedesaan 650cc,SNTTM XI, Jogjakarta.

[5] Wasiwitono, U., Pramono, A.S., Yohanes, (2012),Kinematic Analysis of Rack and Pinion SteeringSystem of Rural Multi Purpose Vehicle, SNTTM XI,Jogjakarta.

[6] Guntur, H.L., (2012), Evaluasi Kinerja Sistem Rempada Mobil Pick Up Berdaya Angkut 1000 kg Pro-duksi PT. INKA, SNTTM XI, Jogjakarta.

[7] Arief, (2012), Analisa Kinerja Sistem SuspensiKendaraan Multiguna Pedesaan, Jurnal IPTEK,Surabaya.

[8] Batan, IML., (2012), Perancangan Kabin MobilPick Up yang Ergonomis dalam Rangka Pengem-bangan Mobil Murah Pedesaan, SNTTM XI, Jog-jakarta.

Prosiding InSINas 2012