KAJIAN WHEEL’S SLIP ANGLE ( ) PADA MODEL

TRACTOR-SEMITRAILER AKIBAT TEKANAN REM DI JALAN MENIKUNG

Ian Hardianto SiahaanProduct Innovation and Development Centre Petra Christian UniversityJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri-Universitas Kristen Petra Laboratorium Pengaturan dan Uji Konstruksi, Universitas Kristen Petra SurabayaJl.Siwalankerto 142-144, Surabaya 60236Email: ian@peter.petra.ac.id

ABSTRAK

Gerakan mobil menikung ternyata menghasilkan slip angle yang lebih besar. Seberapa besar slip angle yang terjadi akibat efek pengereman akan dilakukan kajiannya terhadap parameter tersebut dengan model tractor- semitrailer saat menikung. Pada kasus ini slip pada ban dinyatakan dengan slip angle yaitu besarnya sudut antara arah mobil dengan arah ban, walaupun slip ratio juga mempengaruhi. Slip pada ban akan benar-benar terjadi apabila slip angle mencapai besaran lebih dari 6o, sedangkan mobil mulai slip jika slip rationya 3 %.

Metodologi penelitian yang dilakukan yaitu, menentukan model kendaraan, pemilihan profil lintasan, penetapan arah kendaraan sebelum menikung, input kecepatan, input sudut belok roda depan, input brake pressure, analisa wheel’s slip angle, dan kesimpulan.

Hasil penelitian menyatakan bahwa model kendaraan yang menikung pada kecepatan 50 km/jam dengan memberi tekanan rem maksimum 40 Psi menyebabkan ratio Δα ≤ 25 % terhadap tanpa tekanan rem (0 Psi). Sedangkan kendaraan menikung pada kecepatan 100 km/jam dengan pemberian tekanan rem maksimum 40 Psi, ratio Δα≤ 45% terhadap tanpa tekanan rem(0 Psi). Kedua ratio Δα hanya terjadi pada trailernya, sedangkan tractor tidak terjadi Δα yang significant. Kesimpulan menunjukkan bahwa meningkatnya kecepatan dan tekanan rem memberikan Δα ≤ 45% pada trailer dengan batas kecepatan 50 km/jam ≤V ≤ 100 km/jam.

Kata Kunci: slip angle, tractor, trailer, tekanan rem

1.PENDAHULUANKarakteristik pengereman dari tractor–semitrailer adalah jauh lebih kompleks. Pada kendaraan dua

axle, perpindahan beban hanya fungsi dari perlambatan, sedangkan untuk tractor semi trailer perpindahan beban tidak hanya fungsi dari perlambatan tetapi juga fungsi dari gaya rem pada trailer. Dengan demikian pengereman optimum pada tractor-semitrailer menjadi jauh lebih sulit dicapai. Pada pengereman yang mendadak, tractor semitrailer akan memberikan perilaku gerak yang lebih kompleks daripada kendaraan dua axle. Penelitian ini mencoba menganalisa kecepatan yang diberikan dan efek rem terhadap sudut slip setiap saat pada model kendaraan tractor-semitrailer. Dimana efek dari percepatan dan pengereman tersebut yang diberikan akan menyebabkani timbulnya faktor-faktor mempengaruhi terbentuknya sudut slip.

Sudut slip pada setiap ban dipengaruhi oleh banyak faktor, jika dipakai faktor-faktor tersebut dapat diuraikan bahwa sudut slip dipengaruhi oleh konstruksi ban, gaya lateral, gaya normal., tekanan ban, keausan ban, dan gaya longitudinal dari ban. Sering dirasakan pada saat kendaraan berbelok/menikung percepatan atau perlambatan yang diberikan pada kendaraan akan merubah sifat handlingnya.

Kenyataan yang menarik adalah slip ratio (λ) dan slip angle (α) ternyata merugikan karena menyerap menyerap power mesin yang tersalur ke roda secara signifikant. Dalam kasus F1, slip angle yang terjadi akibat mobil menikung lebih besar pengaruhnya dalam membuang tenaga mesin daripada slip ratio

yang terjadi akibat mobil berakselarasi atau mengerem. Pada slip angle (α) = 6 derajat dengan kecepatan 240 km/jam, power yang hilang bisa mencapai 215 HP atau lebih dari ¼ dari tenaga maksimum yang dipunyai mobil F1. Karena itulah, meski karet ban lunak mempunyai kelebihan sisi grip namun punya kelemahan yang memboroskan bahan bakar.

Defleksi yang terjadi meningkatkan slip angle dan terhadap gaya belok. Karena gaya yang diberikan pada roda oleh berat kendaraan tersebut tidak terdistribusi secara seragam, dan slip angle (α) masing-masing rodapun berbeda.

Gambar 1.1. Defleksi Tread Path

Ratio/perbandingan diantara slip angle akan menentukan perilaku belok kendaraan. Jika perbandingan/ratio slip angle antara ban depan terhadap ban belakang lebih besar dari 1:1, kendaraan cendrung mengalami understeer, ketika ratio slip angle kurang dari 1:1 akan mengalami oversteer.

2.KAJIAN PUSTAKAAda dua jenis kontak yang terjadi antara ban dan permukaan jalan, yaitu static contact dan

dynamic contact. Static contact artinya bahwa ban dan permukaan jalan tidak mengalami slip relatif satu dengan yang lainnya. Dimana koefisien gesek dari static contact adalah lebih tinggi daripada dynamic contact, sehingga static contact di sini berfungsi untuk mempersiapkan traksi yang lebih baik. Sedangkan dynamic contact artinya ban mengalami slip relatif terhadap permukaaan jalan. Koefisien geseknya lebih rendah, sehingga memiliki traksi yang lebih tidak mencukupi.

Mekanisme terbentuk slip pada kendaraan dijelaskan berdasarkan analisa gaya dan momen yang terjadi pada sebuah roda kendaraan yang mengalami percepatan (direction of wheel travel) akibat wheeltorque yang membentuk sudut sebesar α dengan sumbu x (direction of wheel heading). Secara sederhana didefenisikan, bahwa slip terjadi karena gaya yang diberikan terhadap bannya melampaui batas izin kemampuan traksinya. Gaya yang diberikan pada ban melalui dua cara:

a. Gaya longitudinal, yaitu gaya yang datang dari torsi yang diberikan pada ban oleh engine atau sistem pengereman. Kecendrungan ini terjadi pada saat berakselerasi dan perlambatan kendaraan.

b. Gaya lateral, merupakan gaya yang terbentuk ketika kendaraan bergerak di sekitar kurva. Maksudnya gaya inilah yang membuat arah perubahan kendaraan, dimana ban dan permukaan jalan mengakibatkan gaya lateral.

Gambar 2.1. Mekanisme Slip Angle pada Contact Path Ban

Jika ban berputar dan tidak ada gaya samping yang tegak lurus dengan bidang ban, maka ia akan bergerak pada arah bidang ban. Kalau padanya bekerja gaya samping Fs pada pusat ban, maka ban akan mengalami deformasi lateral. Karena ban berputar maka bagian atas dari ban yang tidak mengalami deformasi akan juga sampai ke daerah bawah dan mengalami deformasi. Dengan adanya sudut slip ini

maka akan terjadi gaya lateral pada bidang kontak. Gaya ini disebut gaya belok Fyα untuk sudut camber = 0o. Hubungan antara gaya belok Fyα dengan sudut slip (α) adalah suatu hal yang sangat penting yang menyangkut kemampuan dari ban.

Beberapa faktor yang menyebabkan slip angle (α) akan diuraikan masing-masing sebagai berikut:

a.Pengaruh gaya lateral dan gaya normal terhadap sudut slip (α).Philips (1973) menggambarkan hubungan antara gaya belok Fyα dan sudut slip (α), dan gaya

normal pada ban FZ untuk ban bias ply dan ban radial. Sebagai parameter dasar untuk membedakan sifat belok dari ban maka dibuat suatu parameter yang disebut kekakuan belok yang dirumuskan sebagai berikut:

Cα = (1)

Parameter lain juga bisa dipakai untuk membedakan kemampuan ban dengan yang lain, paremeter tersebut disebut koefisien slip Sfy.

Sfy = (2)

Model di atas menggambarkan bahwa sudut slip (α) adalah merupakan fungsi dari beberapa parameter diantaranya gaya belok Fyα dan gaya normal Fz.

α = f (Fyα,Fz) (3)

b.Pengaruh tekanan ban terhadap sudut slip (α)Tekanan ban mempunyai pengaruh yang cukup penting terhadap kemampuan belok dan

kemampuan dukung dari ban. Kekauan akan naik seiring naiknya tekanan ban. Demikian juga pada gaya belok (samping) tertentu, sudut slip akan bertambah besar untuk tekanan ban yang tambah kecil.

∂Fyα/∂α = 26,4 + 4,32 (P)-0,0674(P)2 (4)

c.Pengaruh keausan ban terhadap sudut slip (α)Hasil eksperimen Tsuchiya Watanabe dan Matsuka (1974), pada gaya belok (samping) yang sama,

ban gundul mempunyai sudut slip (α) yang lebih kecil dibanding ban baru. Hal ini disebabkan adanya konstribusi dari kembangan ban terhadap sudut slip.Misal: Ban baru : α = 0,00365(Fyα)1,19408 (5)

Ban Gundul : α = 0,00308525(Fyα)1,199158 (6)

d.Pengaruh gaya traksi dan gaya rem terhadap sudut slip (α)Secara umum adanya gaya memanjang pada ban, baik gaya itu akibat percepatan ataupun

pengereman akan dapat mengurangi kemampuan belok dari ban. Penelitian Philips mengatakan bahwa gaya traksi atau gaya rem pada gaya lateral yang sama akan menaikkan besarnya sudut slip.

Misal: Ban bias : α = (7)

Ban radial : α = (8)

Secara umum sudut slip ban pada jenis ban bias atau ban radial dapat dirumuskan dengan model sebagai berikut:

α = f (K,Fyα,Fz,P,A,Fx) (9)

Dengan melakukan linearisasi dan melakukan superposisi dari setiap pengaruh di atas, maka dapat dirumuskan sudut slip untuk ban bias dan ban radial dari kendaraan penumpang.

Rumusan sudut slip untuk ban bias baru dan gundul dapat dijelaskan dengan formulasi berikut ini:

αbb = .

(10)

αbg = . .

(11)Dimana:

αbb ,αbg = Sudut slip ban bias baru dan gundulCbb = 0,003650(Fyα)1,194080

Cbg = 0,003085(Fyα)1,199158

Cbp = 26,4 + 4,32(P)-0,0674(P)2

Cbs = 26,4 + 4,32(P)-0,0674(Ps)2

P = Tekanan Ban (Psi)Ps = Tekanan Ban Standar 25 Psi

Cbx =

(12)

Cbo =

(13)

2.1. MODEL DESAIN KENDARAAN

Tabel 1.Data Spesikasi 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 in

Ixx : 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

Gambar 2.2. Desain Model Kendaraan Truck-Semi Trailer menggunakan Ban Bias(http:// arc.engin.umich.edu/arc/software/arcsim/index.html)

3.METODOLOGI PENELITIAN

Mulai

Penentuan Model Kendaraan (Jenis Kendaraan)

Pemilihan Profil Lintasan Permukaan Jalan

PenetapanArah Awal Kendaraan

Input Kecepatan Belok Kendaraan,V (km/jam)

50 Km/Jam 100 Km/Jam

Input Sudut Belok Roda Depan t detik( )= 15O

Input KarakteristikBrake Pressure P (Psi ) Vs Waktu

No Brake ( 0 Psi) 40 Psi

Analisis Real Time Wheel’s Slip Angle

Kesimpulan

Selesai

Gambar 3.1. Prosedur Penelitian Terbentuknya Slip Angle ( α) Pada Tractor-Semitrailer

4.HASIL PENELITIAN4.1.V = 50 km/jam, δf = 15o, Pbrake= 0 Psi

4.2.V = 50 km/jam, δf = 15o, Pbrake= 40 Psi

4.3.V = 100 km/jam, δf = 15o, Pbrake= 0 Psi

4.4.V = 100 km/jam, δf = 15o, Pbrake= 40 Psi

5. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa, Pada tekanan pengereman maksimum yang sama (40 Psi), semakin meningkat kecepatan maka

Δαmaksimum yang terjadi pada tractor dan trailer, masing-masing 55% dan 71%. Pada kecepatan kendaraan yang sama (50 km/jam), semakin meningkat tekanan rem semakin

meningkat slip angle pada trailernya yaitu sekitar 25%. Sedangkan pada tractornya tidak terjadi Δα yang significant..

Pada kecepatan kendaraan yang sama (100 km/jam), semakin meningkat tekanan rem semakin meningkat slip angle pada trailernya yaitu sekitar 45%. Sedangkan pada tractornya tidak terjadi Δα yang significant.

Semakin meningkat kecepatan dan tekanan rem akan memberikan Δαmaksimum ± 45% pada trailer dengan batas kecepatan 50 km/jam ≤V ≤ 100 km/jam. Sedangkan pada tractornya tidak terjadi Δα yang significant.

Pada kecepatan kendaraan 50 km/jam dengan tekanan rem maksimum ternyata α yang terjadi masih kecil dari 6o, ini menunjukkan kendaraan tersebut sedikitpun tidak mengalami slip. Ketika kecepatan kendaraan ditingkatkan menjadi 100 km/jam dengan tekanan maksimum ternyata α masih lebih kecil dari 6o, ini menyatakan bahwa peningkatan kecepatan dan tekanan rem tidak memberikan Δα yang significant untuk terbentuknya slip.

Pertimbangan slip angle maksimum terjadi pada axle 6 (trailer), sedangkan axle-1 (tractor). Ini menunjukkan bahwa kendaraan tractor-semitrailer dimana trailernya rawan lebih dahulu mengalami slip dibanding tractornya(8.

Slip angle yang terbentuk pada kedua sisi kanan dan kiri masing-masing pada tractor dan kedua sisi kanan dan kiri trailer dikatakan sama, dimana keduanya memberikan Δαkiri tractor = Δαkanan tractor

begitu juga pada Δαkiri trailer= Δαkanan trailer yang significant, dan ini berarti tidak dipengaruhi kecepatan dan tekanan rem.

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:// arc.engin.umich.edu/arc/software/arcsim/index.html[6]Sutantra, I Nyoman (2001), “Teknologi Otomotif, Teori dan Aplikasinya”, Surabaya, Guna Widya.[7]Wong,J Y (1978), “Theory of Ground Vehicle (2nd ed)”, Ottawa, John Willey & Sons, New York.[8]Siahaan, Ian Hardianto dan Amelia, Prosiding Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa Industri

SNTRI 07 Applied Tech,”Pengaruh kecepatan dan sudut belok roda depan terhadap performansi stabilitas belok kendaraan truck-trailer berbasis software ArcSim”, serpong-Tangerang.