3 dasar dasar-dinamika_kendaraan_rev1

1,279 views

Published on

0 Comments
3 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
1,279
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
90
Comments
0
Likes
3
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

3 dasar dasar-dinamika_kendaraan_rev1

  1. 1. DASAR-DASAR DINAMIKA KENDARAAN Kendaraan Bergerak Lurus dan Berbelok
  2. 2. 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
  3. 3. Dasar Dinamika Kendaraan Untuk analisa: • perilaku gerak kendaraan • perilaku arah serta stabilitas kendaraan • kemanan kendaraan • kenyamanan kendaraan. Dinamika Gerak Lurus
  4. 4. 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)...cosθ⋅⋅⋅= gmfR rRl Sisa gaya traksi, setelah digunakan untuk melawan gaya hambat digunakan untuk mempercepat kendaraan, sebesar: ( ) mk RRRF a amF m DRlGtr ⋅ ++− = ⋅=∑ 3.3)...2 2 1 vACR dd ⋅⋅⋅= ρ = sudut tanjakan (deg) = koefisien rolling ban = koefisien hambat angin = massa jenis udara (kg/m3 ) = koefisien massa rotasi θ rf dC mk ρ 3.1)...sinθ⋅⋅= gmRG
  5. 5. sθ rW fW 2l 1l L W fR rR fF rF h a a g W sθ dF h Hambatan Gravitasi gR Hambatan Rolling Hambatan Angin Gaya Dorong/Traksi akansudut tanj kendaraanpercepatan (drag)anginhambatan belakangrodarollinghambatan depanrodarollinghambatan avitasianjakan/grhambatan t belakangpenggerakrodadoronggaya depanpenggerakrodadoronggaya :gambarKeterangan = = = = = = = = θ a R R R R F F d r f g r f Dinamika Gerak Lurus Free Body Diagram
  6. 6. Total gaya hambatan kendaraan: grolldR RRFF ++= Gaya dorong untuk mempercepat kendaraan: rotasimassakoefisien gardanpadasian transmiperbanding transmisigigianperbanding melintang)letak(mesin ter0.95-0.918 memanjang)letak(mesin ter0.92-0.88 transmisiefisiensi penggeraksistemefisiensi (m)jari-jari (N.m)mesintorsi (N)belakangpenggerakpendoronggaya (N)depanpenggerakpendoronggaya (N)belakangdandepanpenggerakdoronggaya = = = = = = = = = == == =+= m d t t t t m r f rf k i i r T FF FF FFF η η η η Keterangan X Gaya dorong/traksi diperoleh dari torsi mesin: Dinamika Gerak Lurus Analisa Gerak Kendaraan r iiT F tdtm tr η... = ( ) 2 2 1 00 0 ... . tatvss tavv mk RRRF a m DRlGtr ++= += ⋅ ++− = Perhitungan daya penggerak kendaraan: Sehingga percepatan dapat dihitung: vFP tr ⋅= ( ) vmk PP a m Rm c ⋅⋅ −⋅ = η3600
  7. 7. Dinamika Gerak Lurus 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!
  8. 8. Dinamika Gerak Lurus Penyelesaian Kondisi Gradient Maksimum Data Parameter Disain: Crush Load, [kg] 1000 Max. Gradient, [%] 20 at speed, [km/h] 15 Max. Speed, [km/h] 70 Max. Acceleration, [m/s 2 ] 5 at Gradient, [%] 5 Transmission System Eff. 0,85 Front Area, [m 2 ] 5 Drag Coefficient 0,7 Air Density, [kg/m 3 ] 1,22 Rolling constant 0,017 Gravity constant, [m/s 2 ] 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
  9. 9. Dinamika Gerak Lurus Penyelesaian Kondisi Kecepatan Maksimum Data Parameter Disain: Crush Load, [kg] 1000 Max. Gradient, [%] 20 at speed, [km/h] 15 Max. Speed, [km/h] 70 Max. Acceleration, [m/s 2 ] 5 at Gradient, [%] 5 Transmission System Eff. 0,85 Front Area, [m 2 ] 5 Drag Coefficient 0,7 Air Density, [kg/m 3 ] 1,22 Rolling constant 0,017 Gravity constant, [m/s 2 ] 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
  10. 10. 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
  11. 11. a b cF gfF βcos⋅cF grF ft rt lsentrifugagaya=cF depanrodagesekgaya=gfF belakangrodagesekgaya=gfF depanrodaantarjarak=ft belakangrodaantarjarak=rt Fgesek < Flateral SKID Fs = gaya angin dari samping Fc = gaya sentrifugal βsin⋅cF Dinamika Gerak Belok Free Body Diagram
  12. 12. h h t ZBFZAF βcos⋅cFsF LF W aRM 2 grF 2 grF kendaraanberat=W ArodadireaksiZA =F BrodadireaksiZA =F lateralarahlsentrifugagayacos =⋅ βFc sampingdariangingayas =F rodagesekgayagr =F lateralgayaakibatgulingmomenRa =M anginangkatgaya=LF ZfW LF W ZrW paM βsincF DF anginakibat(pitching)anggukmomenRa =M Dinamika Gerak Belok Free Body Diagram
  13. 13. Fgesek < Flateral SKID Fs = gaya angin dari samping Fc = gaya sentrifugal ( ) [ ] ( ) [ ] nR V g W c ccr ccf F F ba a F F ba b F 2 cos cos ⋅= ⋅ + = ⋅ + = β β Distribusi gaya sentrifugal pada roda depan dan belakang: ( ) ( ) ( ) ( ) ba M ba hF ba hF FW ba a F ba M ba hF ba hF FW ba b F paDc LZr paDc LZf + + + ⋅ + + ⋅ −− + = + − + ⋅ − + ⋅ +− + = β β sin sin Distribusi gaya normal dan gaya gesek pada roda depan dan belakang: Dinamika Gerak Belok Analisa Skid
  14. 14. 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: ( )       ⋅⋅− ⋅−⋅⋅−⋅−−⋅⋅⋅ = ⋅= βµβ µµµ µ sincos hb MhFFbFWb W gR V FF paDsLn fs Zfcf ( )       ⋅⋅− ⋅−⋅⋅−⋅−−⋅⋅⋅ = ⋅= βµβ µµµ µ sincos ha MhFFaFWa W gR V FF paDsLn rs Zrcr Dinamika Gerak Belok Analisa Skid: Kondisi Kritis
  15. 15. Gaya normal pada tiap roda kendaraan (Fzi) : Kondisi kritis guling kendaraan, kecepatan maksimum guling: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )ba MhFhF t hFMhF ba a FW ba a F ba MhFhF t hFMhF ba b FW ba b F ba MhFhF t hFMhF ba b FW ba b F ba MhFhF t hFMhF ba a FW ba a F paDc r sRac LZ paDc r sRac LZ paDc f sRac LZ paDc r sRac LZ + −⋅−⋅⋅ −      ⋅++⋅⋅ + +−⋅ + = + −⋅−⋅⋅ +      ⋅++⋅⋅ + +−⋅ + = + −⋅−⋅⋅ +         ⋅++⋅⋅ + −−⋅ + = + −⋅−⋅⋅ −      ⋅++⋅⋅ + −−⋅ + = 2 sincos 2 2 sincos 2 2 sincos 2 2 sincos 2 4 3 2 1 ββ ββ ββ ββ Kendaraan disebut terguling jika satu atau lebih rodanya terangkat: mpimgiiZi Zi FFWF F ±±= ≤ 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )         ⋅− +⋅−⋅−−⋅⋅ =         ⋅− +⋅−⋅−−⋅⋅ = ⋅⋅ ⋅+ ⋅⋅ ⋅+ β β β β sin5.0 5.05.0 sin5.0 5.05.0 cos cos h MhFaFWa W gR V h MhFbFWb W gR V r r sRa f f sRa t ha paDt hFM Ln fg t hb paDt hFM Ln fg (Roda depan ) (Roda belakang ) Dinamika Gerak Belok Analisa Guling (Rolling)
  16. 16. θ Jalan dibuat miring agar kendaraan lebih tahan terhadap kondisi skid dan guling. sF θβ coscos ⋅⋅cF LF W aRM θsinW βcos⋅cF βcosW Gaya lateral yang mengakibatkan skid menjadi lebih kecil: [ ] [ ]θθβ θθβ sincoscos sincoscos ⋅−+⋅⋅ + = ⋅−+⋅⋅ + = WFF ba a F WFF ba b F sccr sccf Kecepatan kritis kendaraan skid: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )       ⋅−⋅−⋅ +⋅−−−−⋅ =       ⋅−⋅−⋅ +⋅+−−−⋅ = βµθβµθβ µθθµ βµθβµθβ µθθµ sinsincoscoscos sincos sinsincoscoscos sincos ha MhFWFaFWa W gR V hb MhFWFbFWb W gR V paDsLn rs paDsLn fs Dinamika Gerak Jalan Miring Dinamika Kendaraan Belok pada Jalan Miring
  17. 17. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )ba MhFhF t hFMhWhF ba a FFW ba a F ba MhFhF t hFMhWhF ba b FFW ba b F ba MhFhF t hFMhWhF ba b FFW ba b F ba MhFhF t hFMhWhF ba a FFW ba a F paDc r sRac LcZ paDc r sRac LcZ paDc r sRac LcZ paDc r sRac LcZ + −⋅−⋅⋅ −      ⋅++⋅−⋅⋅⋅ + +−⋅+⋅ + = + −⋅−⋅⋅ +      ⋅++⋅−⋅⋅⋅ + +−⋅+⋅ + = + −⋅−⋅⋅ +      ⋅++⋅−⋅⋅⋅ + −−⋅+⋅ + = + −⋅−⋅⋅ −      ⋅++⋅−⋅⋅⋅ + −−⋅+⋅ + = 2 sin sinsincos sincoscos 2 2 sin sinsincos sincoscos 2 2 sin sinsincos sincoscos 2 2 sin sinsincos sincoscos 2 4 3 2 1 β θθβ θβθ β θθβ θβθ β θθβ θβθ β θθβ θβθ Gaya normal pada tiap roda kendaraan (Fzi) : Kondisi kritis guling kendaraan, kecepatan maksimum guling: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )         +⋅− +⋅−−−⋅⋅ =         +⋅− +⋅+−−⋅⋅ = ⋅⋅⋅ ⋅+−⋅ ⋅⋅⋅ ⋅+−⋅ θθβ θ θθβ θ θβ θ θβ θ sinsincos5.0 5.0cos5.0 sinsincos5.0 5.0cos5.0 coscos sin coscos sin ha MhFaFWa W gR V hb MhFbFWb W gR V f f sRa f f sRa t ha paDt hFMwh Ln fg t hb paDt hFMwh Ln fg (Roda depan ) (Roda belakang ) Dinamika Gerak Jalan Miring Analisa Guling (Rolling) pada Jalan Miring
  18. 18. Penentuan titik berat kendaran dilakukan dengan melakukan pengukuran berat kendaraan bagian depan dan belakang: fW rW θfW θ ( ) ( ) baL W Wba b W Wba a f r += + = + = Jarak wheelbase (L) kendaraan: ( )[ ] rata)-(ratarodajari-jari tan = += ⋅−+ = r hrh W bWbaW h r f r θ θ Tinggi pusat massa (h) kendaraan: Dinamika Gerak Jalan Miring Titik Berat Kendaraan
  19. 19. 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!
  20. 20. 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 33,02170 28,4733,064 1 1 2 2 2 2 = × ×+× += + += ∑∑ m w m k mr II k ξ N r M F toe tr 3585== ηξ ∑ =+= N755ra RRR ( )2 m/s2,1= − = ∑ mk RF a m ( )i rn v o e −= 1 ξ km/h7,98=v
  21. 21. 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
  22. 22. 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 += ( ) ( ) ( ) kW239 85,0283,01 6,3/1048,52 1 = ⋅− ⋅ = ⋅− ⋅ = P P i vF P tr tr η kNF F FRF tr tr dtr 48,52 03,4047,389,8 = ++= += ∑ h kg 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: kN66,5003,4047,316,7 =++=trF ( ) ( ) ( ) kW193 85,0142,01 6,3/1066,50 1 = ⋅− ⋅ = ⋅− ⋅ = P P i vF P tr tr η h kg 7,573,0193 =×=⋅= sh uPu

×