3 dasar dasar-dinamika_kendaraan_rev1

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


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:


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


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!


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


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


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


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:


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


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 )


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 )


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:


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

3 dasar dasar-dinamika_kendaraan_rev1

Documents