Hambatan yang Terjadi Pada Kendaaraan Roda Empat

Prolog : Maaf jika rumusnya acak-acakan, entah kenapa ga bisa dikopas dari ms word equationnya. Duh, harusnya gw udah mulai nulis tentang Tugas Akhir, tapi malah ginian yang ditulis haha. Tolong doanya man-teman supaya passion gue perlahan berpindah dari hal ga jelas gini menjadi hal jelas (TA). Makasih.

 

            Kendaraan terbagi menjadi beberapa jenis seperti sedan, jip, truk, bus, dan lainnya. Untuk jenis sedan dan jip, umumnya mempunyai empat roda dengan berbagai macam roda penggerak seperti penggerak roda depan atau biasa disebut Front Wheel Drive (FWD), penggerak roda belakang atau biasa disebut Rear Wheel Drive (RWD), dan penggerak roda depan belakang atau 4-Wheel Drive (4WD). Jenis penggerak pada mobil dapat menentukan prestasinya. Gaya pada mobil yang diberikan ke jalan tersebut berupa traksi dengan torsi merupakan keluaran dari motor bakarnya. Sementara gaya hambatan dapat berupa hambatan aerodinamika, hambatan putar (rolling resistance), dan hambatan sudut. Oleh karena itu, semua hambatan tersebut akan dibahas dengan mengambil contoh nyata pada mobil sedan Dodge Charger 5.7L 2006.

            Secara praktik, torsi keluaran dari sebuah kendaraan bisa diambil datanya menggunakan dyno test. Dari uji tersebut, torsi keluaran akan sedikit berbeda dengan teoritis karena teoritis menganggap kondisinya ideal yaitu tidak ada gesekan bantalan, pelumas, dan lainnya. Torsi atau momen putar (M) ini memberikan gaya ke jalan yang akan mengakibatkan munculnya traksi dan gaya gesek.

 Gambar 1. Traksi dan Gaya yang terjadi pada Roda

            Dari persamaan tersebut, dapat dilihat traksi muncul karena adanya momen putar dan hambatan putar yaitu e.N/r . Nilai traksi tersebut harus memenuhi persamaan kedua yaitu tidak boleh lebih besar dari µs . N . Jika tidak memenuhi, makan ban pada mobil akan mengalami selip, sementara nilai hambatan putar tidak akan bisa lebih besar M/r.

 Grafik 1. Torsi Keluaran terhadap RPM saat Dilakukan Dyno Test

            Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa torsi bergradien positif hingga mencapai titik puncaknya dan akan terus menurun ketika melewatinya. Torsi maksimumnya yaitu 433Nm saat RPM di 4200. Dari data tersebut, didapati besarnya Torsi Z_{rolling-resistance} yaitu 26.59 Nm. Nilai hambatan putar tersebut statis, artinya tidak akan berubah seiring perubahan kecepatan mobil.

            Untuk hambatan selanjutnya yaitu hambatan aerodinamika. Hambatan ini muncul saat mobil bergerak dan nilainya semakin membesar seiring besarnya kecepatan. Oleh karena itu, hambatan aerodinamika merupakan sebuah nilai dengan fungsi kecepatan. 

Zaero = µa . A . v²

            Dari persamaan tersebut, µa merupakan koefisien gesek udara terhadap permukaan mobil, A  merupakan luas permukaan yang berhadapan langsung dengan udara dengan arah tegak lurus terhadap arah gerak mobil, dan v adalah kecepatan mobil.

                 Kecepatan mobil diambil dari besarnya torsi keluaran mobil terhadap kecepatan yang dicapainya tanpa hambatan sama sekali. Kecepatan tersebut menimbulkan adanya gesekan terhadap udara. Nilai yang dihasilkan pun cukup kecil karena bentuk mobil ini adalah sedan. Lain halnya jika menggunakan bis, truk, atau jip karena nilai  A besar. Untuk bisa dijumlahkan, maka hambatan udara tersebut dirubah menjadi torsi hambatan udara dengan cara mengalikannya dengan jari-jari roda.

            Hambatan selanjutnya muncul berupa sudut terhadap arah datar laju mobil. Sudut tersebut mengakibatkan mobil membutuhkan gaya yang lebih besar untuk bergerak daripada dijalan datar. 

Zsudut = m . g . sin θ

            Dari persamaan tersebut, m merupakan massa mobil dan g adalah percepatan gravitasi di bumi. Untuk nilai θ diambil dari beda sudut lintasan mobil terhadap arah datar laju mobil (horizontal). Besarnya nilai Zsudut yang telah diubah dalam bentuk torsi adalah sebesar 432.46 Nm dengan θ sebesar 30⁰. Nilai tersebut statis artinya tidak berubah terhadap besarnya kecepatan mobil.
 

Tabel 2. Perbandingan Torsi Z_total saat ada θ dan tidak ada θ

Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa θ berpengaruh signifikan terhadap hambatan gerak pada mobil. Karena besarnya torsi hambatan yang terjadi tersebut, gaya total untuk mendorong mobil menjadi berkurang. 

Grafik 2. Torsi Keluaran dan Torsi Hambatan Terhadap Kecepatan.

            Dari grafik tersebut digambarkan torsi keluaran mobil tiap gigi persenelingnya dan torsi hambatan. Torsi hambatan saat ada θ besar. Itu sebabnya saat mobil menanjak, mobil membutuhkan torsi yang besar yaitu dengan cara menurunkan gigi persenelingnya. Semakin kecil gigi persenelingnya, semakin besar torsinya, namun kecepatan yang dapat diraihnya pun tidak besar. Kecepatan maksimum yang bisa diraih adalah perpotongan antara torsi keluaran mobil digigi persenelingnya dengan hambatannya. Untuk kondisi menanjak dengan sudut 25-30 derajat, kecepatan maksimum yang bisa diraih adalah 50 km/jam sementara pada kondisi datar, besanya kecepatan yang bisa diraih sebesar 291 km/h.