SIDANG TUGAS
AKHIR
PRAYOGI ADISTA P | MECHANICAL ENGINEERING
27 November 2015
TUGAS AKHIR
Oleh :
Prayogi Adista P
21 11 100 116
Pembimbing :
Dr. Wiwiek Hendrowati, ST, MT
Latar Belakang
Tinjauan Pustaka
Rumusan Masalah
Batasan Masalah
Tujuan
Metodologi
Hasil dan Pembahasan
Kesimpulan
OUTLINE
LATAR BELAKANG
Road
TINJAUAN PUSTAKA
Calibration of Response-Type Road
Roughness Measurement System
(Gillespie et al, 1980)
Pengaruh profil kekasaran pavement dan model
seperempat kendaraan terhadap respon kendaraan
Simulasi model seperempat kendaraan sensitif terhadap
eksitasi dengan frekuensi 1-10 Hz.
Digunakan ARV (average rectified velocity) sebagai referensi
kalibrasi. ARV sesuai untuk mengakumulasi perpindahan
secara vertikal antara sprung dan unsprung masses yang
kompatibel dengan pembacaan alat ukur konvensional.
Heavy Vehicle Ride and Endurance –
Modelling and Model Validation
(Anders Forsen, 1999)
Simulasi dilakukan dengan menggunakan beberapa model yaitu
model seperempat kendaraan (2 DOF), model dua dimensi
setengah kendaraan yang mempunyai 5 bodi rigid (15 DOF) dan
model tiga dimensi dengan 23 bodi rigid (74 DOF)
Heavy Vehicle Ride and Endurance –
Modelling and Model Validation
(Anders Forsen, 1999)
Hasil yang didapat dari eksperimen dan
simulasi berbeda. Performa yang dihasilkan
dari studi numerik dan eksperimen
mengindikasikan kenyamanan dan endurance.
Model 3D tidak selalu lebih bagus daripada
model 2D. Model 3D lebih susah untuk
diselesaikan
(a)Signal DFAH (b) Signal FzH
Calibration of Response-Type Road
Roughness Measurement System
(Willem-Jan Evers et al, 2010)
Studi eksperimen pada model seperempat kendaraan untuk truk
menggunakan pengukuran asynchronous dengan signal-to-noise
rasio
Menginvestigasi kualitas dari model kendaraan, percepatan
vertikal dan sebagai pertimbangan dalam mendesain sistem
suspensi kabin
variasi kecepatan 60 – 80 km/jam
Hasil yang didapat dari studi eksperimen ini
adalah akurasi lebih baik pada frekuensi 2-10
Hz.
Noise dan nonlinearities kecil pada frekuensi
tersebut.
Kabin beresonansi pada frekuensi 1.2 Hz
• Model matematis dari kendaraan (truk).
• Respon dinamis (perpindahan, kecepatan, percepatan) dari kabin truk dengan model setengah kendaraan (half-car) plus getaran engine
• Analisa Respon dinamis (perpindahan, kecepatan, percepatan) ditinjau dari standar kenyamanan.
Rumusan
Masalah
• Model kendaraan yang digunakan dalam perancangan dan pemodelan suspensi adalah model half car
• Beban dinamis hanya diambil saat kendaraan bergerak lurus
• Konstanta pegas dan damper dianggap linier
• Sistem yang dianalisa berjumlah 7 DOF
• Gaya engine ke arah vertikal
• Analisa kenyamanan berdasarkan standar kenyamanan ISO 2631
Batasan
Masalah
• Membangun pemodelan matematis dari kendaraan truk dengan menggunakan model setengah kendaraan (half-car)
• Menganalisa respon dinamis dari massa kabin terhadap eksitasi yang diberikan berupa harmonik dan impuls (profil jalan) serta getaran engine
• Menganalisa hasil simulasi berupa respon dinamis (perpindahan, kecepatan, percepatan) ditinjau dari standar kenyamanan ISO 2631
Tujuan
• Menjadi pertimbangan untuk mengembangkan sistem suspensi truk sehingga dapat dicapai kondisi kenyamanan dan keamanan yang optimal
• Digunakan sebagai referensi perancangan suspensi pasif untuk truk
Manfaat
METODOLOGI
Roda depan
𝑚𝑎𝑓 𝑥𝑎𝑓 + 𝑐𝑝𝑓 + 𝑐𝑎𝑟 𝑥𝑎𝑓 + 𝑘𝑝𝑓 + 𝑘𝑎𝑓 𝑥𝑎𝑓 − 𝑐𝑝𝑓 𝑥𝑓 +𝑙𝑓 𝜃
− 𝑘𝑝𝑓 𝑥𝑓 + 𝑙𝑓𝜃 = 𝑘𝑎𝑓𝑦𝑓 + 𝑐𝑎𝑓 𝑦𝑓
𝑥𝑎𝑓
=1
𝑚𝑎𝑓 − 𝑘𝑝𝑓 + 𝑘𝑎𝑓 𝑥𝑎𝑓 − 𝑐𝑝𝑓 + 𝑐𝑎𝑓) 𝑥𝑎𝑓 + 𝑘𝑝𝑓𝑥𝑓 + 𝑐𝑝𝑓 𝑥𝑓 + 𝑘𝑝𝑓𝑙𝑓𝜃 + 𝑐𝑝𝑓𝑙𝑓 𝜃
PERSAMAAN GERAK
Roda Belakang
PERSAMAAN GERAK
𝑚𝑎𝑟 𝑥𝑎𝑟 + 𝑐𝑝𝑟 + 𝑐𝑎𝑟 𝑥𝑎𝑟 + 𝑘𝑝𝑟 + 𝑘𝑎𝑟 𝑥𝑎𝑟 − 𝑐𝑝𝑟 𝑥𝑓 −𝑙𝑟 𝜃
− 𝑘𝑝𝑟 𝑥𝑓 − 𝑙𝑟𝜃 = 𝑘𝑎𝑟𝑦𝑟 + 𝑐𝑎𝑟 𝑦𝑟
𝑥𝑎𝑟
=1
𝑚𝑎𝑟 − 𝑘𝑝𝑟 + 𝑘𝑎𝑟 𝑥𝑎𝑟 − 𝑐𝑝𝑟 + 𝑐𝑎𝑟 𝑥𝑎𝑟 + 𝑘𝑝𝑟𝑥𝑓 + 𝑐𝑝𝑟 𝑥𝑓
Engine
PERSAMAAN GERAK
𝑚𝑒 𝑥𝑒 + 𝑐𝑒 𝑥𝑒 + 𝑘𝑒𝑥𝑒 = 𝑐𝑒
𝑥𝑓 + 𝑙𝑒 𝜃) + 𝑘𝑒 𝑥𝑓 + 𝑙𝑒𝜃
𝑥𝑒 =1
𝑚𝑒−𝑘𝑒𝑥𝑒 − 𝑐𝑒 𝑥𝑒 + 𝑘𝑒𝑥𝑓 + 𝑐𝑒 𝑥𝑓 +𝑘𝑒 𝑙𝑒𝜃 + 𝑐𝑒𝑙𝑒 𝜃
Frame
PERSAMAAN GERAK
Pitching
PERSAMAAN GERAK
Kontainer
PERSAMAAN GERAK
𝑚𝑘 𝑥𝑘 + 𝑐𝑘 𝑥𝑘 + 𝑘𝑘𝑥𝑘 = 𝑐𝑘
𝑥𝑓 − 𝑙𝑘 𝜃) + 𝑘𝑘 𝑥𝑓 − 𝑙𝑘𝜃
𝑥𝑘 =1
𝑚𝑘−𝑘𝑘𝑥𝑘 − 𝑐𝑘 𝑥𝑘 + 𝑘𝑘𝑥𝑓 + 𝑐𝑘 𝑥𝑓 −𝑘𝑘 𝑙𝑘𝜃 − 𝑐𝑘𝑙𝑘 𝜃
Kabin
PERSAMAAN GERAK
𝑚𝑐 𝑥𝑐 + 𝑐𝑠 𝑥𝑐 + 𝑘𝑠𝑥𝑐 = 𝑐𝑠 𝑥𝑓 + 𝑙𝑓 𝜃) + 𝑘𝑠 𝑥𝑓 + 𝑙𝑓𝜃
𝑥𝑐 =1
𝑚𝑐−𝑘𝑠𝑥𝑐 − 𝑐𝑠 𝑥𝑐 + 𝑘𝑠𝑥𝑓 + 𝑐𝑠 𝑥𝑓 +𝑘𝑠 𝑙𝑓𝜃 + 𝑐𝑠𝑙𝑓 𝜃
Blok Simulasi
Blok Simulasi
Hasil & Pembahasan
Perhitungan Gaya Engine
𝜔𝑒𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒 =𝑣𝑡𝑟𝑢𝑘𝑅1𝑅2
𝑟Where :
vtruk = Truck Velocity (m/s)
R1 = Transmission Gear Ratio (0,739)
R2 = Rear End Ratio (4,875)
r = Loaded Tire Radius (0,3925 m)
vtruk (km/jam)
𝜔𝑒𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒
(rad/s) RPM
40 102 974
60 153 1461
80 204 1948
Perhitungan Gaya Engine
0.6 0.62 0.64 0.66 0.68 0.7 0.72 0.74 0.76 0.78 0.8
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
Perc
ep
ata
n (
m/d
eti
k2
)
Waktu (detik)
Percepatan Getaran Arah Y (Vertikal)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
𝜔𝑒𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒 (RPM) Percepatan
engine (m/s2)
Fengine (N)
974 24,87 3979
1461 27,3 4369
1948 29,7 4759
Gambar 4.1 Percepatan Getaran Blok Mesin Arah Y (Vertikal)
[8]
Mesin Sinjai LJ276M
Input Step
Tanpa Kontainer
(Unladen)
Dengan Kontainer (Laden)
Dengan Kontainer (Laden)
Tanpa Getaran Engine
Perbandingan
Tanpa Kontainer
Perpindahan Kecepatan Percepatan
Max Max Max
0.19803 1.247167 16.38953
0.19803 1.247127 16.37194
0.19803 1.247081 16.38694
Dengan Kontainer
Perpindahan Kecepatan Percepatan
Max Max Max
0.189324 1.202188 16.15859
0.189324 1.202221 16.14107
0.189324 1.202188 16.15602
Dengan Kontainer Tanpa Engine
Perpindahan Kecepatan Percepatan
Max Max Max
0.1893 1.2022 16.1514
0.1893 1.2022 16.1514
0.1893 1.2022 16.1514
Grafik
0.184
0.186
0.188
0.19
0.192
0.194
0.196
0.198
0.2
40 60 80
Dis
pla
cem
ent
(m)
Truck Velocity (m/s)
Cabin Displacement
Tanpa Kontainer
DenganKontainer
DenganKontainer TanpaEngine
1.17
1.18
1.19
1.2
1.21
1.22
1.23
1.24
1.25
1.26
40 60 80
Velo
city
(m/s
)
Truck Velocity (m/s)
Cabin Velocity
Tanpa Kontainer
DenganKontainer
DenganKontainer TanpaEngine
16
16.05
16.1
16.15
16.2
16.25
16.3
16.35
16.4
16.45
40 60 80
Accele
ration (
m/s
²)
Truck Velocity (m/s)
Cabin Acceleration
Tanpa Kontainer
Dengan Kontainer
Dengan KontainerTanpa Engine
Input
Sinusoidal
40 km/jam
Tanpa Kontainer
(Unladen)
Dengan Kontainer
(Laden)
Dengan Kontainer
Tanpa Getaran Engine
Truk Tanpa Kontainer
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
40 60 80
Dis
pla
cem
ent
(m)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Displacement
0,05 m
0,1 m
0,15 m
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
40 60 80
Velo
city (
m/s
)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Velocity
0,05 m
0,1 m
0,15 m
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
40 60 80
Accele
ration (
m/s
²)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Acceleration
0,05 m
0,1 m
0,15 m
Truk Dengan Kontainer
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
40 60 80
Dis
pla
cem
ent
(m)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Displacement
0,05 m
0,1 m
0,15 m
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
40 60 80
Velo
city
(m/s
)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Velocity
0,05 m
0,1 m
0,15 m
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
40 60 80
Accele
ration (
m/s
²)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Acceleration
0,05 m
0,1 m
0,15 m
Truk Dengan Kontainer Tanpa
Engine
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
40 60 80
Dis
pla
cem
ent
(m)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Displacement
0,05 m
0,1 m
0,15 m
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
40 60 80
Velo
city
(m/s
)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Velocity
0,05 m
0,1 m
0,15 m
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
40 60 80
Accele
ration (
m/s
²)
Truck Velocity (km/jam)
Cabin Acceleration
0,05 m
0,1 m
0,15 m
Standar
Kenyamanan ISO
2631
Amplitudo Jalan 0,05 m
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
40 60 80
Accele
ration (
m/s
²)
Truck Velocity (km/jam)
Percepatan rms Kabin (Amplitudo Jalan 0,05 m)
Tanpa Kontainer
Dengan Kontainer
Dengan Kontainer TanpaEngine
Amplitudo Jalan 0,1 m
0
1
2
3
4
5
6
7
40 60 80
Accele
ration (
m/s
²)
Truck Velocity (km/jam)
Percepatan rms Kabin (Amplitudo Jalan 0,1 m)
Tanpa Kontainer
Dengan Kontainer
Dengan Kontainer TanpaEngine
Amplitudo Jalan 0,15 m
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
40 60 80
Accele
ration (
m/s
²)
Truck Velocity (km/jam)
Percepatan rms Kabin (Amplitudo Jalan 0,15 m)
Tanpa Kontainer
Dengan Kontainer
Dengan Kontainer TanpaEngine
Kecepatan truk
tanpa kontainer dengan kontainer dengan kontainer tanpa engine
rms Status Ketahanan pengemudi rms Status Ketahanan pengemudi rms Status ketahanan pengemudi
40 0.82466 Agak Tidak Nyaman 8 jam 0.7 Agak Tidak Nyaman 12 jam 0.6217 Sedikit Tidak Nyaman 16 jam
60 1.47764 Tidak Nyaman 2.5 jam 1.398391 Tidak Nyaman 3.25 jam 1.3 Tidak Nyaman 4 jam
80 2.9 Amat Sangat Tidak Nyaman 42,5 menit 2.865939 Amat Sangat Tidak Nyaman 50 menit 2.5 Sangat Tidak Nyaman 1 jam
Kecepatan truk
tanpa kontainer dengan kontainer dengan kontainer tanpa engine
rms Status Ketahanan pengemudi rms Status Ketahanan pengemudi rms Status ketahanan pengemudi
40 1.65 Sangat Tidak Nyaman 3 jam 1.28 Tidak Nyaman 5 jam 1.22 Tidak Nyaman 6 jam
60 2.95464 Amat Sangat Tidak Nyaman 1 jam 2.798098 Amat Sangat Tidak Nyaman 1,5 jam 2.6 Sangat Tidak Nyaman 1,4 jam
80 5.8 Amat Sangat Tidak Nyaman 1 menit 5.731915 Amat Sangat Tidak Nyaman 10 menit 5.49 Amat Sangat Tidak Nyaman 7 menit
Kecepatan truk
tanpa kontainer dengan kontainer dengan kontainer tanpa engine
rms Status Ketahanan pengemudi rms Status Ketahanan pengemudi rms Status ketahanan pengemudi
40 2.47431 Amat Sangat Tidak Nyaman 1.75 jam 1.864348 Sangat Tidak Nyaman 2,5 jam 1.8645 Sangat Tidak Nyaman 2,6 jam
60 4.43197 Amat Sangat Tidak Nyaman 25 menit 4.197169 Amat Sangat Tidak Nyaman 30 menit 4.1963 Amat Sangat Tidak Nyaman 32 menit
80 8.8 Amat Sangat Tidak Nyaman dibawah 1 menit 8.597881 Amat Sangat Tidak Nyaman dibawah 1 menit 8.4 Amat Sangat Tidak Nyaman dibawah 1 menit
Amplitudo Jalan 0,05 m
Amplitudo Jalan 0,1 m
Amplitudo Jalan 0,15 m
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0.05 0.1 0.15
Perc
epatn
rm
s (
m/s
2)
Amplitudo
Kecepatan 40 km/jam
Tanpa Kontainer
Dengan Kontainer
Dengan Kontainertanpa engine
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
0.05 0.1 0.15
Perc
epatn
rm
s (
m/s
2)
Amplitudo
Kecepatan 60 km/jam
Tanpa Kontainer
Dengan Kontainer
Dengan Kontainertanpa engine
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.05 0.1 0.15
Perc
epatn
rm
s (
m/s
2)
Amplitudo
Kecepatan 80 km/jam
Tanpa Kontainer
Dengan Kontainer
Dengan Kontainertanpa engine
Frekuensi Respon
Frekuensi Respon
0.9596 0 0 0 0 0 0
0 1.1706 0 0 0 0 0
0 0 3.3949 0 0 0 0
0 0 0 4.4774 0 0 0
0 0 0 0 11.6231 0 0
0 0 0 0 0 13.5706 0
0 0 0 0 0 0 27.3568
Kesimpulan
Kesimpulan
1. Pada input step, besar kecepatan truk tidak memengaruhi nilai respon perpindahan maksimum
dari kabin. Semakin besar kecepatan truk, nilai respon kecepatan maksimum dari kabin
menunjukkan tren yang menurun, begitu pula dengan nilai respon percepatan maksimumnya.
2. Pada input harmonik (sinusoidal), semakin besar kecepatan truk dan amplitudo jalan, nilai
respon dinamis (percepatan, kecepatan, dan percepatan) maksimum meningkat.
3. Penambahan gaya eksitasi engine memberikan pengaruh terhadap karakteristik dari respon
yang dihasilkan. Pengaruh tersebut dapat diamati melalui fenomena berikut :
a) Terjadi peningkatan nilai respon dinamis (perpindahan, kecepatan, dan percepatan)
maksimum dari kabin truk.
b) Variasi kecepatan truk pada input step hanya dapat dilakukan bila terdapat input
getaran engine
Kesimpulan
4. Adanya kontainer (laden) menurunkan nilai respon dinamis (perpindahan, kecepatan, dan
percepatan) maksimum dari kabin truk dan mempercepat kestabilan.
5. Semakin besar kecepatan truk, semakin besar pula percepatan rms yang dihasilkan sehingga
berdasarkan standar kenyamanan ISO 2631 akan menurunkan ketahanan pengemudi. Pada saat
truk dalam kondisi unladen percepatan rms nya tinggi sehingga kenyaman dan ketahanan
pengemudi menurun. Adanya eksitasi getaran engine juga meningkatkan nilai percepatan rms
sehingga menurunkan kenyamanan dan ketahanan pengemudi.