laporan kemajuan penelitian icar dana its 2020
Post on 04-Oct-2021
10 Views
Preview:
TRANSCRIPT
i
LAPORAN KEMAJUAN
PENELITIAN iCAR
DANA ITS 2020
PePrototyping Renewable Solar Energy pada Autonomous Car ITS
Tim Peneliti :
Hendro Nurhadi, Dipl.-Ing., Ph.D. (Teknik Mesin Industri/Vokasi)
Dr. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng (Teknik Elektro/Teknologi Elektro dan Informatika
Cerdas)
Dr. Atria Pradityana, ST., MT (Teknik Mesin Industri/Vokasi)
DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2020
Sesuai Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian No: 877/PKS/ITS/2020
i
Daftar Isi
Daftar Isi ........................................................................................................................................................ i
Daftar Gambar .............................................................................................................................................. ii
Daftar Lampiran........................................................................................................................................... iii
BAB I RINGKASAN ................................................................................................................................... 1
BAB II HASIL PENELITIAN ...................................................................................................................... 2
BAB III STATUS LUARAN ........................................................................................................................ 9
BAB IV KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN ............................................................................. 10
BAB V RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA ................................................................................... 11
BAB VI DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 12
BAB VII LAMPIRAN ................................................................................................................................ 12
LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran ........................................................................................................... 14
ii
Daftar Gambar
Gambar 1 Sifat mekanik dari AISI 1045 ………………………………………………………………. 2
Gambar 2 Proses meshing beserta bentuk model 3D chassis ………………………………………….. 2
Gambar 3 Pembebanan twisted load pada bagian depan kendaraan …………………………………… 3
Gambar 4 Deformasi total beban torsi …………………………………………………………………. 3
Gambar 5 Tegangan ekivalen maksimum beban torsi ………………………………………………….. 3
Gambar 6 Kondisi pembebanan beban bending ………………………………………………………… 4
Gambar 7 Deformasi total beban bending ………………………………………………………………. 4
Gambar 8 Tegangan ekivalen maksimum beban bending ………………………………………………. 5
Gambar 9 Free body diagram single track ……………………………………………………………… 5
Gambar 10 Grafik radius belok terhadap kecepatan ……………………………………………………. 7
Gambar 11 Grafik yaw rate terhadap kecepatan ………………………………………………………… 7
Gambar 12 Grafik sudut slip terhadap kecepatan ……………………………………………………….. 8
iii
Daftar Lampiran
1
BAB I RINGKASAN
Dewasa ini teknologi di dunia otomotif semakin berkembang. Salah satunya adalah mobil tanpa awak
(autonomus car). Autonomus car adalah suatu kendaraan yang mampu bergerak sendiri tanpa campur tangan
manusia. Autonomus car menggunakan beberapa fitur seperti sensor lidar, GPS, radar dan bebarapa
komponen lain sebagai penunjang untuk mengenali lingkungan sekitarnya.
Salah satu bagian penting dari sebuah kendaraan terutama autonomus car adalah chassis. Konstruksi dari
sebuah chassis sendiri diharuskan memiliki kekakuan dan kekuatan yang mampu menahan guncangan,
tekanan, dan getaran yang terjadi pada kendaraan. Desain dari suatu chassis harus melalui kalkulasi yang
dalam agar didapatkan chassis yang mampu menahan beban total yang diterima oleh kendaraan.
Untuk menjembatani tahap desain dan kalkulasi desain diperlukan simulasi untuk menganalisa kekuatan
struktur pada chassis kendaraan. Sebelum analisa dilakukan, desain dari chassis sendiri dibuat dalam bentuk
3D model mengggunakan software Solidworks. Selanjutnya 3d model tersebut dianalisa secara finite
element method menggunakan software Ansys.
Selain ditinjau dari kekuatan struktur, bagaimana sebuah kendaraan bergerak juga perlu diperhatikan.
Beberapa software pemodelan mampu menunjang untuk melakukan analisa kendaraan yang bergerak. Salah
satu pemodelan yang dapat digunakan untuk menganalisa kendaraan bergerak yaitu pemodelan single track..
Single track sendiri merupakan pemodelan gerak yang mengacu pada 3 variabel yaitu radius belok, yaw rate
dan sudut slip.
Kata kunci : autonomus car, chassis, finite element method, single track
2
BAB II HASIL PENELITIAN
A. Analisa Finite Element Method
Sebelum analisa FEM dilakukan, chassis terlebuh dahulu didesain menggunakan software Computer Aided
Drawing (CAD) yaitu Solidworks berdasarkan pengukuran langsung pada kendaraan autonomus. Setelah
mendapatkan bentuk 3D dari chassis, dilanjutkan ke tahap simulasi menggunakan software Computer Aided
Engineering (CAE) yaitu Ansys Workbench. Cakupan analisa FEM yang dilakukan yaitu pembebanan torsi
dan bending. Material yang digunakan pada chassis kendaraan menggunakan AISI 1045. Sifat mekanik dari
AISI 1045 ditunjukkan datasheet material pada gambar 1
Gambar 1 Sifat mekanik dari AISI 1045
Pada tabel sifat mekanik AISI 1045, diketahui besar nilai Yield Strength (Sy) yaitu 530 MPa sedangkan nilai
Ultimate Tensile Strength sebesar 625 MPa. Pada analisa FEM, meshing menggunakan metode tetrahedron
element. Proses meshing beserta model 3D dari chassis autonomus ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2 Proses meshing beserta bentuk model 3D chassis
3
Setelah proses meshing selanjutnya dilakukan analisa pembebenan torsi dan bending. Pada analisa
pembebanan torsi, beban puntir (twisted load) pada kendaraan autonomus diletakkan pada bagian depan
kendaraan. Skema pemebebanan twisted load ditunjukkan pada gambar 3. Sedangkan bagian belakang
kendaraan diasumsikan fixed support. Deformasi total dan tegangan ekivalen yang terjadi pada kendaraan
autonomus ketika diberikan twist load ditunjukkan berurutu pada gambar 4 dan gambar 5.
Gambar 3 Pembebanan twisted load pada bagian depan kendaraan
Gambar 4 Deformasi total beban torsi
Gambar 5 Tegangan ekivalen maksimum beban torsi
4
Dari hasil analisa statis beban torsi dari simulasi FEM menggunakan software Ansys Workbench, didapatkan
deformasi maksimum akibat beban torsi sebesar 5,9164 mm. Sedangkan besar tegangan ekivalen maksimum
yang terjadi akibat beban torsi sebesar 184,3 MPa.
Selanjutnya untuk analisa statis beban bending. Pada chassis kendaraan diberikan 3 pembebanan yang
ditunjukkan pada gambar 6. Terdapat 3 beban yang diterima oleh chassis kendaraan automus yaitu
penumpang, motor DC dan aki. Ketiga pembebanan ini merupakan vertical load dengan arah gaya menuju
sumbu Y negative dimana diasumsikan juga terdapat fix support yang menyokong bagian depan dan
belakang chassis. Deformasi total dan tegangan ekivalen maksimum yang terjadi pada kendaraan autonomus
ketika diberikan twist load ditunjukkan berurutu pada gambar 7 dan gambar 8.
Gambar 6 Kondisi pembebanan beban bending
Gambar 7 Deformasi total beban bending
5
Gambar 8 Tegangan ekivalen maksimum beban bending
Dari hasil analisa statis beban bending dari simulasi FEM menggunakan software Ansys Workbench,
didapatkan deformasi maksimum akibat beban bending sebesar 5,146 mm. Sedangkan besar tegangan
ekivalen maksimum yang terjadi akibat beban torsi sebesar 294,8 MPa. Mengacu pada sifat mekanik material
AISI 1045 dimana besar nilai Sy 530 MPa, hasil tegangan ekivalen maksimum yang didapatkan pada analisa
statis beban bending lebih kecil dibandingkan nilai yield strength material AISI 1045.
B. Pemodelan Gerak Belok Single Track
Pemodelan gerak belok yang dipakai untuk pemodelan gerak belok menggunakan model single track. Single
track sendiri merupakan pemodelan gerak yang mengacu pada 3 variabel yaitu radius belok, yaw rate dan
sudut slip. Beberapa asumsi dibutuhkan dalam proses pemodelan antara lain :
• Kecepatan kendaraan konstan, tidak ada akselerasi dan deselarasi mendadak
• Kekakuan system suspensi pada saat belok diabaikan
• Gerak rolling dan pitching diabaikan
• Sudut chamber roda diabakan
• Perilaku dan karateristik ban linier
Free body diagram dari model single track ditnjukkan pada gambar 9.
Gambar 9 Free body diagram single track
6
Persamaan yang dihasilkan dari gambar 9 sebagai berikut
Σ𝐹𝑦 = 𝑚. �̈�𝑦
2𝐹𝑦𝑓 + 2𝐹𝑦𝑟 = 𝑚𝑉(�̇� + 𝑟)
−2𝐾𝑓𝛽𝑓 − 2𝐾𝑟𝛽𝑟 = 𝑚𝑉 (𝑑𝛽
𝑑𝑡+ 𝑟)
Σ𝑀𝑧 = 𝐼𝑑𝑟
𝑑𝑡
2𝑙𝑓 − 2𝑙𝑟𝐹𝑦𝑟 = 𝐼𝑑𝑟
𝑑𝑡
−2𝑙𝑓𝐾𝑓𝛽𝑓 + 2𝑙𝑟𝐾𝑟𝛽𝑟 = 𝐼𝑑𝑟
𝑑𝑡
Dimana persamaan sudut slip roda depan dan belakang sebagai berikut
𝛽𝑓 = 𝛽 +𝑙𝑓𝑟
𝑉− 𝛿
𝛽𝑟 = 𝛽 −𝑙𝑟𝑟
𝑉
Persamaan di atas merupakan persamaan gerak kendaraan model single track dimana respon variable gerak
belok kendaraan berupa sudut slip (𝛽) dan yaw rate (r). Adapun parameter input pada pemodelan gerak
belok model single track antara lain :
• Massa dan inersia kendaraan
• Kecepatan (V) dan susut kemudi roda (𝛿)
• Cornering stiffness ban (𝐾𝑓) dan (𝐾𝑟)
• Centre gravity kendaraan (𝑙𝑓) dan (𝑙𝑟)
Pemodelan single track yang digunakan dalam kondisi steady state, dimana perubahan karateristik
kendaraan dari sudut slip dan yaw rate terhadap waktu diabaikan. Sehingga persamaan gerak kendaraan
model single track dapat disederhanakan menjadi berikut
𝜌 = (1 −𝑚
2𝑙2𝑙𝑓𝐾𝑓 − 𝑙𝑟𝐾𝑟
𝐾𝑓𝐾𝑟𝑉2)
𝑙
𝛿
𝑟 =1
1 −𝑚2𝑙2
𝑙𝑓𝐾𝑓 − 𝑙𝑟𝐾𝑟𝐾𝑓𝐾𝑟
𝑉2
𝑉
𝑙𝛿
𝛽 =
(
1 −
𝑚2𝑙2
𝑙𝑓𝑙𝑟𝐾𝑟
𝑉2
1 −𝑚2𝑙2
𝑙𝑓𝐾𝑓 − 𝑙𝑟𝐾𝑟𝐾𝑓𝐾𝑟
𝑉2)
𝑙𝑟𝑙𝛿
Persamaan gerak belok single track steady state di atas kemudian disimulasikan ke Matlab menghasilakan
output sebagai berikut
7
Gambar 10 Grafik radius belok terhadap kecepatan
Gambar 11 Grafik yaw rate terhadap kecepatan
8
Gambar 12 Grafik sudut slip terhadap kecepatan
9
BAB III STATUS LUARAN
Status Luaran berisi status tercapainya luaran wajib yang dijanjikan dan luaran tambahan (jika ada). Uraian
status luaran harus didukung dengan bukti kemajuan ketercapaian luaran di bagian bab Lampiran
10
BAB IV KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN
Adapun beberapa kendala saat penelitian berjalan sebagai berikut :
1. Timeline waktu padat sehingga proses pelaksanaan penelitian sangat tergesa-gesa
2. Sempat berpindahnya tempat pengerjaan dari Sidoarjo ke Surabaya sehingga mobilitas tim
terganggu
11
BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA
Adapun rencana tahapan selanjutnya dalam penelitian ini antara lain :
1. Pemodelan steering pada kendaraan 2. Pemodelan mekatronika pada kendaraan
12
BAB VII DAFTAR PUSTAKA
Kriswono, A., Abubakar, M., Suryaputra, H., & Noviantoro , B. (2017). Desain dan Analisis
Statik Rangka Chassis Square Bar dengan FEM. ITB.
Schramm, D. (2014). Vehicle Dynamics, Modelling and Simulation. Heidelberg: Springer.
Wasiwatono , U., & Prayitno, Y. (2016). Pemodelan Gerak Belok Steady State dan Transient pada
Kendaraan Empat Roda. Jurnal Teknik ITS.
13
BAB VIII LAMPIRAN
Lampiran berisi tabel daftar luaran (Format sesuai lampiran 1) dan bukti pendukung luaran wajib dan luaran
tambahan (jika ada) sesuai dengan target capaian yang dijanjikan
14
LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran
Program :
Nama Ketua Tim :
Judul :
1.Artikel Jurnal
No Judul Artikel Nama Jurnal Status Kemajuan*)
*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, published
2. Artikel Konferensi
No Judul Artikel Nama Konferensi (Nama
Penyelenggara, Tempat,
Tanggal)
Status Kemajuan*)
*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, presented
3. Paten
No Judul Usulan Paten Status Kemajuan
*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review
4. Buku
No Judul Buku (Rencana) Penerbit Status Kemajuan*)
*) Status kemajuan: Persiapan, under review, published
5. Hasil Lain
No Nama Output Detail Output Status Kemajuan*)
*) Status kemajuan: cantumkan status kemajuan sesuai kondisi saat ini
6. Disertasi/Tesis/Tugas Akhir/PKM yang dihasilkan
No Nama Mahasiswa NRP Judul Status*)
*) Status kemajuan: cantumkan lulus dan tahun kelulusan atau in progress
top related