Abstrak  —Mobil  Produksi  Pedesaan  dirancang  untuk dioperasikan  diwilayah  pedesaan  yang  tentunya  memiliki medan  jalan  lebih  beragam  daripada  medan  jalan  pada umumnya.  Medan  jalan  yang  dimaksud  seperti  tanjakan turunan curam, jalan berbatu, jalan berpasir, jalan yang basah, jalan  sempit  yang  banyak  ditemui  didaerah  perbukitan, pegunungan, dan pesisir pantai.Dalam penelitian ini dilakukan sebuah  perancangan  dan  analisa  terhadap  komponen  Power Train  pada  Mobil  Produksi  Pedesaan.  Mobil  dirancang menggunakan  engine  Sinjay  2.  Perhitungan  yang  dilakukan meliputi  mediasi  aliran  daya  pasa  sistem  powertrain,  memilih rasio – rasio yang ada, penyesuaian karakteristik antara engine dan  transmisi.  Setelah  didapatkan  parameter  dari  powertrain maka  selanjutnya  dilakukan  perancangan  layout  dan  tiap elemen  dalam  powertrain.Dari  hasil  penelitian,  untuk  dapat menempuh medan tanjakan maksimal dan kecepatan maksimal yang diinginkan maka rasio transmisi yang digunakan berturut- turut 6.5 , 4.4, 2.8, dan 2 untuk rasio gigi 1 sampai 4, sedangkan untuk  final  drive  digunakan  rasio  bernilai  5.  Dengan  rasio tersebut Mobil Produksi Pedesaan akan memiliki kemampuan menanjak  maksimal  gradient  jalan  44%  dan  akselerasi maksimal 2,8 m/s 2 . Penggunaan modifikasi sistem Transfer Case memungkinkan kendaraan untuk memindah daya engine untuk memutar  mesin  produksi  lebih  terintegrasi  dan  dapat beroperasi mode penggerak 4 roda.
Kata Kunci – Daya engine, Powertrain, Rasio Transmisi, Daya engine .

## I. PENDAHULUAN
obil Produksi pedesaan dirancang untuk dioperasikan  diwilayah  pedesaan  yang  tentunya memiliki  medan  jalan  lebih  beragam  daripada medan  jalan  pada  umumnya.  Medan  jalan  yang  dimaksud seperti tanjakan turunan curam, jalan berbatu, jalan berpasir, jalan yang basah, jalan sempit yang banyak ditemui didaerah perbukitan,  pegunungan,  dan  pesisir  pantai.  Kondisi demikian membuat Mobil Produksi pedesaan yang telah ada tidak  cukup  hanya  sebagai  mobil  yang  dapat  mengangkut sekaligus  mengolah  hasil  pertanian,  akan  tetapi  mobil  akan lebih  sempurna  jika  dirancang  dapat  melewati  medan  sulit yang ada secara optimal.
Spesifikasi penggunaan engine yang sama mengharuskan pengurangan berat total rancangan  mobil yang baru. Hal ini dilakukan  untuk  meningkatkan  performa  mobil  di  medan jalan yang sulit. Kendaraan yang ringan memungkinkan Gaya dorong  berlebih  yang  tersisa  lebih  besar  sehingga kemampuan  menanjak  dan  akselerasi  mobil  meningkat  [1]. Jalan pada umumnya dirancang memiliki gradient maksimal jalan  kurang  dari  7  %  [2],  akan  tetapi  untuk  kasus  khusus seperti  daerah  pegunungan  pada  lokasi  Turracher  Höhe  di Austria gradient kemiringan jalan bisa ditemui hingga 26 % [2].  Pada  perancangan  ini  diharapkan  kendaraan  mobil Produksi  pedesaaan  dapat  menanjak  hingga gradient
kemiringan  45%  karena  memang  kondisi  jalan  yang  masih buruk di daerah pedesaan di Indonesia.
Daerah  operasi  mobil  pada  daerah  pedesaan  membuat factor  kebutuhan  akan  kecepatan  yang  diinginkan  berbeda dengan  mobil  penumpang  pada  umumnya.  Kendaraan  yang dirancang  untuk  kebutuhan  komersial  seperti  truk  biasanya memiliki kecepatan maksimal yang rendah berkisar antara 70 – 80  km/jam [4]. Mobil yang dirancang pada tugas akhir ini ditentukan  jika  kecepatan  maksimal  yang  dapat  dibentuk hanya  sebesar  80  km/jam  saja,  tentunya  dengan  kecepatan yang rendah, diharapkan efektifitas dari penggunaan engine yang sama dapat meningkat.
Dalam  penelitian  ini  dilakukan  sebuah  perancangan  dan analisa  ulang  mobil  Produksi  pedesaan  dari  awal menggunakan engine Sinjay  2.  Perancangan  dilakukan terhadap  komponen Power  Train pada  mobil  Produksi pedesaan  untuk  memaksimalkan  komponen Power  Train sehingga  dapat  melalui  medan  atau  jalan  daerah  terpencil lebih optimal.

## II. SISTEM POWERTRAIN
Analisa  dimulai  dengan  menghitung  kebutuhan  gaya traksi  dari  total  gaya  hambat  angin,  gaya whell  resintance , gradient  resintance ,  dan acceleration  resistance .  Lalu dilakukan  perhitungan  nilai  –  nilai  rasio  pada  setiap komponen powertrain dengan  menggunakan  data  tanjakan maksimal, kecepatan maksimal yang diinginkan dan batasan dimensi dari chassis referensi mobil. Data rasio yang didapat dan data engine lalu digunakan untuk menghitung daya traksi yang  dapat  disediakan  oleh  sistem powertrain .  Diagram traksi  dapat  diperoleh  menggabungkan  semua  data  diatas, lalu  untuk  memperjelas  analisa  karakteristik  traksi  juga dibuat  diagram  performa  kendaraan climbing  performance dan acceleration performance serta grafik adhesion limit saat mobil  berjalan  dalam  mode  2WD  dan  4WD  untuk menganalisa  pengaruh  perubahan  mode  berkendara  pada performa kendaraan.
Data rasio dari setiap komponen dan analisa karakteristik traksi powertrain digunakan  dalam  proses  perancangan element machine dari setiap komponen. Standar ANSI/AGMA  2001-D04  dan  ANSI/AGMA  2003-B97 digunakan  dalam  proses  perancangan Spur  Gear dan Bevel Gear [3]. Maximum  Distorsion  Enegy  Theory,  Von  Mises, dan DE Goodman digunakan dalam perancangan  poros  [4]. Perancangan Splines dan  pemilihan bearing menggunakan katalog SKF dilakukan.
Data  –  data  yang  ada  didapat  yang  dibutuhkan  dalam proses perhitungan didapat dari studi lapangan maupun studi literatur,  Sedangkan  untuk  konstanta  -  konstanta  yang diperlukan  diambil  dari handbook dengan  memperhatikan kemiripan  bentuk  kendaraan,  Untuk  data  kendaraan  kinerja

## Perancangan dan Analisa Karakteristik Traksi Sistem Powertrain Mobil Produksi Pedesaan
Muhammad Sukma Wirayudha Sunggono dan Unggul Wasiwitono Laboratorium Desain Otomotif Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail : unggul@me.its.ac.id
M
engine sendiri yang meliputi kecepatan, putaran engine , data daya engine dan  torsi engine didapat  dari  hasil dynotest seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Grafik Torsi terhadap putaran dynotest Mesin Sinjay[5]
Layout  dari  rancangan  sistem Powertrain tampak  pada Gambar  2.  Detail  dari  setiap  geometri  dan  material didapatkan  dari  data  data-  data  yang  sudah  dihitung sebelumnya. Visualisai rancangan tiap komponen Powertrain dijelaskan dengan gambar 3 dimensi  menggunakan  bantuan software CAD.
III. HASIL DAN ANALISA
Gambar  2  Skema  Mobil  Produksi  Pedesaan  4WD  dengan  modifikasi Transfer Case

## III. HASIL DAN ANALISA

## III.1 Memilih Rasio dalam sistem Powertrain.
Penentuan  nilai dan tingkatan dari rasio setiap tingkatan gigi  ditentukan  menggunakan  metode geometrical ,  dimana rasio terbesar ditentukan dari kemampuan tanjakan maksimal kendaraan  yang  diinginkan,  sedangkan  rasio  minimal ditentukan dari kecepatan  maksimal  yang diinginkan. Besar rasio  dari final  drive dipilih  dengan  batasan  komponen pembuat rasio, pada penelitian ini dipakai bevel gear dengan nilai  rasio  5.  Tabel  1  menjelaskan  nilai  rasio  dari  setiap komponen penyusun Powertrain.
Tabel. 1 Data rasio dari setiap komponen sistem Powertrain
Speed Ratio First gear 6.5 Second Gear 4.4 Third Gear 2.8 Fourth Gear 2 Reverse Gear 5 Final Drive 5
III.2 Diagram Traksi Setelah  perhitungan Required  Traction  /  F Z,B dan Available  Traction  /  F Z,A dilakukan,  maka  dapat  dilakukan
analisa  traksi  yang  terjadi  saat  kendaraan  mobil  Produksi pedesaan  saat  berjalan.  Gambar  3  menjelaskan  bagaimana perbandingan  grafik F Z,B dan F Z,A berbanding  dengan kecepatan laju kendaraan. Tampak pada grafik jika kendaraan mampu  melaju  pada  kondisi  jalan  mendatar  ( gradient  0%) hingga kecepatan maksimal 75 km/ jam, hal ini dikarenakan karena  terjadi  perpotongan  antara  garis F Z,B dan F Z,A yang mengindikasikan  jika Traction  Available sudah  tidak  dapat memenuhi Traction required . Selain itu juga tampak jika nilai F Z,A terbesar pada kondisi tingkat gigi kecepatan ke-1 sudah tidak mampu melawan F Z,B pada kondisi gradient kemiringan jalan  45%.  Hal  ini  menyebabkan  Mobil  Produksi  pedesaan yang  dirancang  memiliki  kapasitas  kemampuan  maksimal menanjak dengan kemiringan gradient 45%.
Gambar  3  Grafik Required  Traction /  F Z,B dan Available  Traction /  F Z,A – Kecepatan (a)
(b)
Gambar  4    Grafik Climbing (a)  dan Acceleration  Performance (b)  pada permukaan aspal
0 10 20 30 40 50 60 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 To rq u e (N m) Engine speed (rpm) Dynotest Engine Sinjay -1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 20 40 60 80 100 Tr ak si / F Z, A (N ) Kecepatan Kendaraan / V (km/h) Traksi vs Kecepatan Kendaraan (Road Surface) iG1 iG2 iG3 iG4
FZ,Ae FZ,Aid FR Gradient q' = 0% 15% 30% 45% -10 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 C lim b in g Per fo rm an ce q ' ( % ) Velocity v (km/h) Climbing Performance (Road Surface) 1st 2th 3rd 4th -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 20 40 60 80 A cc e le ra ti o n Per fo rm an ce a ( m /s2 ) Velocity v (km/h) Acceleration Performance (Road Surface) 1st 2th 3rd 4th

## III.3 Vehicle Performance
Analisa bagaimana performa kendaraan dapat dilihat dari kemampuan percepatan
kendaraan Acceleration Performance dan  kemampuan  kendaraan  untuk  menanjak Climbing  Performance. Hal  ini  sangat  membantu  dalam memperjelas  analisa  dari  Karakteristik  Traksi  kendaraan. Untuk  mendapatkan  data  performa  Kendaraan  sebelumnya harus  dihitung    nilai  dari  Traksi  yang  berlebih Excees Traction yang merupakan nilai selisih antara F Z,B dan F Z,A . Gambar 4 menunjukan grafik climbing dan acceleration performance pada  permukaan  jalan  aspal.  Tampak  pada grafik Climbing  Performance mobil  Produksi  pedesaan rancangan akan mampu menanjak hingga gradient 45% pada saat  mobil  dalam  kondisi  gigi  kecepatan  ke-1.  Dan  mobil akan mampu melakukan akselerasi maksimal 2,8 m/s 2 . Pada kondisi jalan tanah atau kerikil terdapat penurunan performa climbing dan acceleration. Mobil  hanya  akan  mampu menanjak maksimal pada gradient kemiringan jalan 30 % dan akselerasi  maksimal  2  m/s 2 ,  saat  kondisi  tingkat  gigi kecepatan ke-4 Mobil sudah tidak dapat melaju pada medan tanjakan dan sudah tidak dapat melakukan akselerasi.

## III.4 Adhesion Limit
Bagaimana  detail  pengaruh mode  4WD  dalam meningkatkan performa mobil dapat  dilihat pada Gambar 5. Tampak pada gambar 5  saat mode 2WD kontur permukaan jalan  aspal  nilai Adhesion  Limit sangat  jauh  berada  diatas grafik  traksi  kendaraan  sehingga  saat  melaju  di  jalan  aspal Mobil akan aman tidak mengalami slip pada ban.
(a) (b)
Kondisi akan berbeda saat mobil melaju pada permukaan tanah,  Saat  kondisi  jalan  tanah  kerikil  basah  atau  terdapat kemiriangan nilai Traksi mobil berada diatas nilai Adhesion Limit sehingga  Mobil  akan  kehilangan  gaya  dorong  karena roda mengalami slip, pada  kondisi  ini  mobil  harus memulai start jalan pada gigi kecepatan ke-2 untuk menurunkan Torsi. Pada kondisi tanah lumpur atau pasir mobil sudah tidak bisa lagi  berjalan  akibat  slip  yang  terjadi  karena  hampir keseluruhan  traksi  dorong  yang  dihasilkan  berada  diatas Adhesion Limit.

## III.5. Sistem Transmisi
Detail  rancangan  dari  sistem  transmisi  geometri  dan layout dapat dilihat pada Gambar 6. Sistem transmisi terdiri 4 tingkat dan gigi mundur. Tipe dari transmisi adalah 2 stage . Dan  menggunakan sistem synchromesh untuk memperhalus proses perpindahan gigi.
(a) (b)
Gambar  6  Rancangan  sistem transmission Mobil  Produksi  Pedesaan  baru, dengan  4  tingkat  kecepatan  dan  gigi  mundur  tampak isometric (a) dan tampak samping (b).

## III.6. Sistem Transfer Case
Detail  rancangan  dari  sitem transfer  case dapat  dilihat pada  gambar  7.  Rancangan  memiliki  2  buah  tuas.  Tuas pertama untuk memindahkan saat mode berkendara atau saat mode  produksi.  Dan  tuas  kedua  berfungsi  untuk  merubah mode kendaraan 2WD dan  4WD. Sistem transfercase tidak menggunakan syncromesh sehingga  setiap  ingin  dilakukan perpindahan mode maka mobil haris dalam kondisi berhenti.
(a) (b)
Gambar 7 Sistem Transfer Case Mobil Produksi Pedesaan tampak Isometric (a) dan tampak samping (b), Mode operasi 2WD, 4WD , dan Mesin Produksi.
III.7. Sistem Manual Lock Differential.
Detail  sistem rancangan Manual  Lock Differential dapat dilihat  pada  Gambar  8.  Pasangan pinion-bevel membentuk rasio final drive dengan nilai 5. Sistem differential berfungsi untuk  mengadaptasi kecepatan putaran roda dalam dan  luar saat berbelok. Tambahan fitur manual lock berfungsi sebagai
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 20 40 60 80 100 Tr ak si / F Z, A ( N ) Kecepatan Kendaraan / V (km/h) Traksi & Adhesion limit (road Surface) (2WD) iG1 iG2 iG3 iG4 FZ,Ae Friction limit 0% (dry) Friction Limit 0% (wet) 60% (dry) 60% (wet) -1000 1000 3000 5000 7000 9000 11000 0 20 40 60 80 100 Tr ak si / F Z, A ( N ) Kecepatan Kendaraan / V (km/h) Traksi & Adhesion limit (road Surface) (4WD) iG1 iG2 iG3 iG4 FZ,Ae Friction limit 0% (dry) Friction Limit 0% (wet) 60% (dry) 60% (wet) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 20 40 60 80 100 Tr ak si / F Z, A ( N ) Kecepatan Kendaraan / V (km/h) Traksi & Adhesion limit (road Surface) (2WD) iG1 iG2 iG3 iG4 FZ,Ae Friction limit 0% (dry) Friction Limit 0% (wet) 60% (dry) 60% (wet) -1000 1000 3000 5000 7000 9000 11000 0 20 40 60 80 100 Tr ak si / F Z, A ( N ) Kecepatan Kendaraan / V (km/h) Traksi & Adhesion limit (road Surface) (4WD) iG1 iG2 iG3 iG4 FZ,Ae Friction limit 0% (dry) Friction Limit 0% (wet) 60% (dry) 60% (wet)
solusi  saat  mobil  berkendara  pada  kondisi  jalan  yang memiliki adhesion  limit yang  sangat  rendah  seperti  lumpur dan pasir. Sehingga Torsi yang diberikan pada kedua sisi roda akan berbeda beradaptasi dengan kondisi jalan.
Gambar 8 Rancangan sistem Manual Lock Differential tampak Isometric

## III.8 Layout Mobil Mutliguna Pedesaan
Layout dari  keseluruhan  Mobil  Produksi  Pedesaan tamapak  pada  Gambar  9.  Mesin  produksi  akan  diletakkan pada bagian  belakang  mobil dengan penyambung daya dari transfercase menggunakan belt-pulley .  Mobil  dirancang dengan kapasitas angkut 2 penumpang. Tampak adaptasi dari komponen chassis mobil  dengan  harapan  perancangan komponen  – komponen pelengkap  lainnya akan dapat lebih mudah mengadaptasi kebutuhan performa mobil untuk dapat beroperasi pada medan sulit lebih handal.
(a)
(b)
Gambar  9  Keseluruhan  rancangan  Mobil  Produksi  Pedesaan tampak Isometric (a) dan tampak samping (b).

## IV. KESIMPULAN
Setelah melakukan analisa perhitungan dan pembahasan didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Spesifikasi rancangan ulang nilai rasio yang terdapat pada  sistem Powertrain adalah  rasio  pada  sistem
Transmisi dan Final Drive dengan nilai rasio yang telah ditentukan.
2. Karakteristik Traksi dengan sistem Powertrain yang ada  menunjukkan  Traksi  maksimal  pada  setiap kecepatan gigi terhitung pada data.
3. Kecepatan  maksimal, Acceleration  Performance, dan Climbing  Performance yang  dapat  dilakukan oleh  mobil  saat  berjalan  pada  permukaan  aspal, tanah, dan lumpur terhitung pada data.
4. Adhesion  Limit saat  mode  berkendara  penggerak  4 roda dan 2 roda terhitung pada data.
5. Geometri  dan  Material  dari  komponen Spur  Gear, Bevel  Bevel,  Poros,  Splines, dan Bearing dapat dilihat pada gambar assembly .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Sutantra, I Nyoman & Bambang Sampurno. 2010. “Teknologi Otomotif
: Edisi Kedua”. Surabaya: Guna Widya.
[2]  Harald Naunheimer,Bernd Bertsche, Joachim Ryborz, Wolfgang Novak. 2011 “Automotive Transmission, second edition”. Springer.
[3]  Shigley’s,  Richard  G.  Budynas  &  J  Keith  Nisbeth.  2011  “Shigley’s Mechanical Engineering Design, ninth edition”. McGraw-Hill series in Mechanical Engineering.
[4]  D.  Deutchman,  aarom,  Walter  J.Michels  &  Charles  E.  Wilson.  1975. “Machine Design”. New York Macmillan Publishing Co., Inc.
[5]  Pramono,  Agus  Sigit.  2014.  “Rancang  Bangun  Kendaraan  Produksi Pedesaan”. Insentif Riset SINas LPPM ITS.