SIMULASI MODEL SUSPENSI SOLID AXLE TRACTOR-SEMITRAILER DENGAN SUDUT PITCHINGNYA (Θ) SEBAGAI FUNGSI DARI (BRAKE PRESSURE, VELOCITY)

Ian Hardianto Siahaan(1, Willyanto Anggono(2

Product Innovation and Development Centre Petra Christian University(1,2

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri-Universitas Kristen Petra Laboratorium Pengaturan dan Uji Konstruksi, Universitas Kristen PetraJl.Siwalankerto 142-144, Surabaya 60236Email:ian@peter.petra.ac.id, willy@peter.petra.ac.id

ABSTRAK

Penelitian ini menggunakan jenis suspensi solid axle dengan tujuan, mengetahui seberapa besar sudut pitch-degree maksimum yang ditimbulkan kendaaraan akibat variasi input brake pressure dan kecepatan yang diberikan pada desain model kendaraan tractor-semitrailer. Secara sederhana dasar pemikiran penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik batasan desain plant tractor-semitrailer yang akan dikendalikan oleh suatu sistem microcontroler terhadap besar sudut pitching maksimum (θ) yang bisa direduksi akibat disturbance yang melampaui batasan benturan/kenyamanan sehingga betul-betul nyaman terhadap benturan atau efek getaran yang timbul.

Metodologi penelitian yang dilakukan adalah dengan menentukan parameter seperti: model desain kendaraan dan karakteristik suspensi yang dipakai, pemilihan lintasan jalan, penetapan arah kendaraan, variasi kecepatan longitudinal pada tractor dan trailernya, disturbance input brake pressure yang terjadi tiap saat, dan selanjutnya dilakukan analisis respon sudut pitching body tiap saat ( θ).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin meningkat kecepatan maupun disturbance input brake pressurenya, maka semakin besar pula sudut pitch-degree maksimum yang terjadi pada body kendaraan akan tetapi tidaklah sampai melampui batasan sudut pitch-degree maksimum yang masing-masing sebesar 0,6o dan 0,10. Hasil analisa juga menyatakan ratio input brake pressure terhadap kondisi tanpa brake pressure menghasilkan getaran pada body masing-masing dengan ratio ± 93% dan 95% pada tractor dan trailer.

Kata Kunci: Tractor-semitrailer , sudut pitching, disturbance input brake pressure.

1.PENDAHULUANSecara umum rem berfungsi untuk mengurangi atau menghentikan laju kendaraan pada berbagai

kondisi situasional yang terjadi, selain itu rem juga berfungsi mengatasi kondisi understeer (terlambat menikung sehingga mobil keluar jalur) atau oversteer (menikung terlalu cepat sehingga melintir). Saat ini semua teknologi rem tersebut digabungkan oleh Mercedes Benz dengan sebutan Sensotronic Brake Control (SBC), atau Electro-Hydraulic Brake. Mekanisme hidrolikpun digantikan oleh sistem elektronik. Perkembangan teknologi elektronik memang telah merevolusi industri otomotif di dunia saat ini.

Rem kendaraan bermotor terdiri dari dua jenis, yaitu tromol dan cakram. Keduanya memiliki cara kerja yang berbeda jauh. Cakram adalah penyempurnaan dari sistem rem tromol. Penemuan teknologi tromol atau drum brake seiring dengan dipakainya bahan baku karet sebagai pelapis roda kendaraan bermotor. Dengan semakin besarnya tenaga mesin mobil, kinerja rem tromol pun tidak mencukupi lagi. Masalahnya, ketika brake drum menjadi panas akibat gesekan, komponen ini akan terus mengembang. Brake shoes harus bergerak lebih jauh untuk melakukan kontak dengan drum. Artinya pedal rem harus diinjak semakin dalam. Udara panas sebagai hasil gesekan material akan terperangkap dalam drum. Kondisi ini akan mengurangi kemampuan rem. Rem cakram lahir untuk mengeliminasi kelemahan rem teromol. Prinsip kerjanya adalah brake pad mencengkeram disc atau rotor yang berputar dengan kekuatan

hidrolik yang disalurkan kaliper rem. Rem cakram menghasilkan kinerja yang lebih baik dan stabil saat menghentikan kendaraan. Rem cakram memiliki suhu yang lebih dingin, karena udara luar dapat bersirkulasi secara bebas pada permukaan bidang gesek. Rotor memiliki lubang-lubang udara yang bisa menyalurkan panas hasil gesekan secara cepat. Kelemahan dari rem cakram adalah kotoran mudah masuk karena sistemnya terbuka. Debu yang menempel pada rotor dan brake pads akan membuat cakram lebih cepat aus. Bahkan dalam situasi pengereman yang ekstrem akan menyebabkan disc-nya cepat tipis dan kurang menggigit.

Akibat respon input brake pressure tersebut di atas biasanya akan mempengaruhi gerak dinamik dari body kendaraan, seperti gerakan pitching (angguk), gerakan bounching (gerak vertikal) terutama pada sistem suspensi kendaraan tersebut. Pada penelitian ini dilakukan kajian untuk mengetahui seberapa besar efek gerak pitching yang ditimbulkan kendaaraan akibat besar variasi input brake pressure pada kendaraan tractor semitrailer menggunakan solid axle agar dapat dimanfaatkan untuk interface mekanisme sistem tambahan pada sistem suspensi yang mampu mengendalikan getaran yang terjadi pada body kendaraan.

2.KAJIAN PUSTAKA/TEORI DASARYerri Susatio dan Totok R Biyanto, telah melakukan penelitian ”Sistem Suspensi Aktif pada

Kendaraan Roda Empat menggunakan Pengendali Jenis Robust Proporsional, Integral, Derivatif”. Sistem kendali robust diartikan jika mempunya sensitivitas rendah dan mempunyai kestabilan pada rentang variasi parameter. Keadaan yang robust dapat dicapai dengan melakukan penyetelan pada PID sesuai persyaratan konsep robust Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa rancangan sistem suspensi aktif tersebut mampu meredam gangguan jalan terhadap getaran pada body kendaraan hingga mencapai lebih daripada 99% lebih. Pada penelitian Yerri S, dkk permasalahan efek brake input pressure tidak menjadi fokus utama justru lebih diarahkan pada gangguan perubahan pada kontur/profil lintasan jalan. Sehingga dari penelitian tersebut memunculkan keingintahuan peneliti seberapa besar pengaruh efek input brake pressure yang terjadi pada body kendaraan suspensi solid axle, secara logika efek pengereman adalah sebagai pemicu efek getaran pitching selain profil lintasan. Penelitian ini sekaligus akan menjawab pertanyaan tersebut.

Pada desain model ini kendaraan dianggap terdiri dari satu massa saja dapat bergetar vertikal dan angguk, seperti pada gambar berikut:

Gambar 2.1. Model 2 Derajat Kebebasan(7

Dengan menerapkan konsep Hukum Newton dan dianggap getaran bebas maka persamaan gerak vertikal dan angguk dirumuskan sebagai berikut:

Persamaan gerak vertikal (bouncing) adalah :

Ms + Kf (Z-L1θ) + Kr (Z + L2θ) = 0 (1)

Persamaan gerak angguk (pitching) adalah :

Iy + KfL1 (Z-L1θ) + KrL2 (Z+L2θ) = 0 (2)

Dimana :Iy, Ms.r2y = Momen Inersia

Kf = (3)

Kr = (4)

Ksf, Ksr = Kekakuan pegas suspensi depan dan belakangKtf, Ktr = Kekakuan pegas ban depan dan belakangry = Radius girasiZ = SimpanganKf = Konstanta pegas pada axle depanKr = Konstanta pegas pada axle belakangθ = Simpangan sudut angguk (pitching)

Dibandingkan dengan kendaraan dua axle, karakteristik pengereman dari tractor-semitrailer

adalah jauh lebih kompleks. Pada kendaraan dua axle, perpindahan beban hanya berfungsi dari perlambatan, sedangkan untuk tractor-semitrailer perpindahan beban tidak hanya fungsi dari perlambatan, sedangkan untuk tractor semitrailer perpindahan beban tidak hanya fungsi dari perlambatan tetapi juga fungsi dari gaya rem pada trailer. Dengan demikian pengereman yang optimum pada tractor-semitrailer menjadi lebih sulit dicapai. Pada pengereman yang mendadak, tractor-semitrailer akan memberikan perilaku gerak yang lebih kompleks dari kendaraan dua axle P.

Pada tractor-semitrailer akan terjadi kehilangan kendali jika roda depan tractor yang lock, dan akan terjadi kehilangan kestabilan jika roda belakang tractor atau roda trailer yang lock. Jika roda belakang tractor yang lock duluan biasanya akan menyebabkan apa yang disebut “jack-knifing” yang membuat kendaraan tidak dapat dikendalikan dan membahayakan bagi dia sendiri atau kendaraan lain di sekitarnya. Disamping itu jika roda trailer yang lock duluan akan dapat mengakibatkan trailer berputar atau ”swing”. Kondisi ini sangat membahayakan kendaraan lain disekitarnya. Untuk dapat lebih memahami karakteristik pengereman dan efeknya dari sebuah tractor-semitrailer maka perlu dipelajari mekanisme dinamis yang terjadi pada saat pengereman P.

Getaran vertikal kendaraan yang terjadi tanpa paksaan terjadi pada frekuensi bounching (wnz), dan getaran angguk tanpa paksaan terjadi pada frekuensi pitching (wnθ). Jika getaran yang terjadi adalah dalam bentuk sinusoidal maka persamaannya dapat ditunjukkan sebagai berikut:

z = Z. Sin Wn.t (5) θ = Φ. Sin Wn.t (6)Dimana:

Wn = Frekuensi pribadiZ,Φ = Amplitudo bounching dan pitchingSedangkan besar frekuensi pribadi bounching dan pitching dapat diestimasikan sebagai berikut:

WnZ = (7)

Wnθ = (8)

Adanya impuls pada roda depan dan belakang, akibat melewati benjolan jalan akan mengakibatkan getaran vertikal (bounching) dan angguk (pitching) saling terkait. Pada penelitian ini nilai Wnθ yang harus dipertimbangkan untuk menentukan besarnya sudut pitching yang terjadi akibat respon pengereman.

2.1. MODEL DESAIN KENDARAAN

Gambar 2.2. Design Model Kendaraan Truck-Semi Trailer dengan Ssuspensi Solid Axle(6

(http:// arc.engin.umich.edu/arc/software/arcsim/index.html)

Tabel.1.Spesifikasi Model Kendaraan

Data Spesifikasi Truck Data Spesifikasi TrailerTruck Axle 1 : 14425 lbs Trailer Axle 1 : 20343 lbsTruck Axle 2 : 25448 lbs Trailer Axle 2 : 20343 lbsTruck Axle 3 : 25448 lbs Trailer Axle 3 : 20343 lbsCG of Truck : 35,3 in CG of Trailer : 38,2 inJarak Sumbu Roda: (158+56) in Jarak sumbu trailer : (50+50) inTinggi dudukan trailer pada truck :64 in Top Side of load bed :40 inIxx : 58000 in-lbf-s2 Ixx : 65630 in-lbf-s2

Iyy : 465000 in-lbf-s2 Iyy : 1108000 in-lbf-s2

Izz : 475000 in-lbf-s2 Izz : 1142000 in-lbf-s2

Ixz : -15503 in-lbf-s2 Ixz : -41402 in-lbf-s2

Spring rate : 6900 lb/in Spring rate : 5174 lb/inBrake Mech Gain :2100 in-lb/psi Brake Mech Gain :2100 in-lb/psi

3.METODOLOGI PENELITIAN

Mulai

PENENTUAN MODEL DESAIN (Jenis kendaraan dan Suspensi)

PEMILIHAN PROFIL LINTASAN JALAN

PENETAPANARAH FORWARD KENDARAAN

INPUT KECEPATAN FORWARD KENDARAAN

50 Km/jam 100 Km/jam 150 Km/jam

KRAKTERISTIK DISTURBANCE INPUT( Brake Pressure Vs Waktu )

No brake 20 Psi 30 Psi 40 Psi

ANALISIS RESPON BODY KENDARAAN TERBENTUKNYASIMPANGAN MAKSIMUM SUDUT PITCHING (Θ) TERHADAP WAKTU

KESIMPULAN

Selesai

Gambar 3.1. Prosedur Penelitian Terbentuknya Sudut Pitching Akibat Respon Brake Pressure

4.HASIL PENELITIAN4.1. Kecepatan Kendaraan, V = 50 Km/jam4.1.1. No Braking Input Pressure (Psi) = 0 Psi 4.1.2.Brake Input Pressure (Psi) = 20 Psi

P

4.1.3.Brake Input Pressure (Psi) = 30 Psi 4.1.4.Brake Input Pressure (Psi) =40 Psi

P

P

P

4.2. Kecepatan Kendaraan, V = 100 Km/jam4.2.1. No Braking Input Pressure (Psi) = 0 Psi 4.2.2.Brake Input Pressure (Psi) = 20 Psi

P

4.2.3.Brake Input Pressure (Psi) = 30 Psi 4.2.4.Brake Input Pressure (Psi) =40 Psi

P

4.3. Kecepatan Kendaraan, V = 150 Km/jam4.3.1. No Braking Input Pressure (Psi) = 0 Psi 4.3.2.Brake Input Pressure (Psi) = 20 Psi

P

4.3.3.Brake Input Pressure (Psi) = 30 Psi 4.3.4.Brake Input Pressure (Psi) =40 Psi

P

5.KESIMPULAN

1. Pada kecepatan kendaraan yang sama, dengan semakin meningkatnya input brake pressurenya maka semakin besar sudut pitch-degree maksimum yang ditimbulkannya tetapi masih berada pada kondisi batas aman terhadap benturan/getaran (anggukan).

2. Sudut pitch-degree body maksimum selalu terjadi pada tractornya bukan pada trailernya.3. Pada berbagai kecepatan kendaraan, simpangan pitch-degree body maksimum dengan brake pressure

terbesar pada tractor tidak melampaui sudut pitch-degree maksimum 0,6o dan pada trailer tidak melampaui sudut pitch-degree maksimum 0,1o. Bisa dikatakan perbandingan besar sudut pitching (θ) maksimum yang timbul antara tractor dan trailer secara linear adalah sebesar 6 : 1.

4. Sudut pitch-degree maksimum pada tractor tanpa intervensi brake pressure adalah sekitar 0,04o, sedangkan pada trailer-nya sebesar 0,005o. Ini menunjukkan bahwa terjadi peningkatan sudut pitch-degree maksimum akibat input brake pressure pada kendaraan yang masing-masing sekitar 93% dan 95% baik pada tractor dan trailer.

5. Pengaruh input brake pressure bukanlah faktor yang paling menentukan pada analisa kestabilan, karena disturbance input yang terjadi masih sangat kecil, dan lebih dipengaruhi oleh disturbance profil permukaan lintasan jalan. Dimana faktor kenyamanan berkendaraan lebih dipengaruhi oleh disturbance profil lintasan jalan.

6. Suspensi solid axle, masih cukup aman dipergunakan sebagai suspensi untuk berbagai jenis kendaraan umum maupun tractor-semitrailer di jalan raya dengan input brake pressure yang besar sekalipun.

7. Sudut pitch-degree body yang terjadi merupakan fungsi persamaan yang sinusoidal terhadap waktu.8. Perlunya rancangan kontrol untuk mekanisme tambahan lainnya atau sistem suspensi aktif/semi aktif

yang mampu menahan efek brake pressure dan kecepatan yang diberikan padanya.

6.DAFTAR REFERENSI[1]ArcSim User (1997),” ArcSim Reference Manual “ Version 1. [2]Denton Tom (1995),“Automobile Electrical and Electronic System”, Edward Arnold Division, London.[3]Mechanical Simulation Corporation (1996-2005),”Car Sim Demonstration Presentation & Video”,

USA.[4]http://www.mobilmotor.co.id/news_detail.asp?id=1364[5]http://www.pikiran-rakyat.com/cetak/2006/062006/16/otokir/Utama01.htm[6]http:// arc.engin.umich.edu/arc/software/arcsim/index.html[7]Sutantra, I Nyoman (2001), “Teknologi Otomotif, Teori dan Aplikasinya”, Surabaya, Guna Widya.[8]Susatio, Yerri dan Biyanto, Totok R (2006) ,”Perancangan Sistem Suspensi Aktif pada Kendaraan Roda

Empat Menggunakan Pengendali Jenis Robust Proporsional, Integral, Derivatif ”, Jurnal Teknik Mesin vol 8/2 , Surabaya.

[9]Wong,J Y (1978), “Theory of Ground Vehicle (2nd ed)”, Ottawa, John Willey & Sons, New York.