Abstrak —Kendaraan  listrik  merupakan  salah  satu  solusi  yang menjawab  krisis  energi  pada  zaman  sekarang.  Dalam perancangan kendaraan listrik yang terpenting adalah pemilihan motor yang digunakan, sehingga nantinya kinerja dari kendaraan listrik  akan  sama  seperti  kinerja  dari  kendaraan  bertenaga bensin.  Dalam  penelitian  ini  akan  dilakukan  perhitungan  rasio transmisi  sehingga  didapatkan  kinerja  yang  terbaik  dari kendaran  multiguna  pedesaan  bertenaga  listrik.  Tahap  pertama dalam pengerjaan studi ini dimulai dengan perhitungan dari gaya hambat  kendaraan,  sehingga  kemudian  didapatkan  spesifikasi motor  yang  sesuai  berdasarkan  gaya  hambat  yang  terjadi  pada kendaraan.  Perhitungan  yang  kedua  adalah  mengenai  rasio transmisi  dari  kendaraan,  setelah  dilakukan  perhitungan  rasio transmisi  maka  dilakukan  tahap  analisa  dari  rasio  transmisi. Sehingga  didapatkan  hasil  analisa  dari  karakteristik  traksi  dan karakteristik  power  kendaraan.  Pada  penelitian  ini  didapat kesimpulan motor yang digunakan adalah Yasa Motor P400 series 25kw,  baterai  LiFePO4  12V  100Ah  dan  rasio  transmisi  1,87 tingkat  pertama  dan  0,348  tingkat  kedua  dengan  rasio  gardan sebesar 4,9.
Kata kunci—Gaya hambat, motor listrik, transmisi, traksi.

## I. PENDAHULUAN
ERKEMBANGAN industri otomotif di Indonesia mengalami  kemajuan  yang  pesat  pada  periode  5  tahun kebelakang, khususnya dalam sektor mobil. Produksi mobil di Indonesia dari tahun 2011-2016 jumlahnya berada pada kisaran 1  juta  unit  [1].  Efek  dari  tingginya  jumlah  produksi  tersebut adalah  semakin  besar  konsumsi  bahan  bakar  minyak  yang digunakan sebagai sumber energi dari kendaraan [2].
Kendaraan  multiguna  pedesaan  merupakan  salah  satu  hasil karya  dari  Teknik  Mesin  ITS,  dimana  desain  awal  dari kendaraan  ini  adalah  berbahan  bakar  bensin.  Sebagai  bentuk inovasi  terhadap  tingginya  konsumsi  bahan  bakar  maka kendaraan  multiguna  pedesaan  didesain  bertenaga  listrik. Sebelumnya  telah  didesain  kendaraan  multiguna  bertenaga hybrid oleh Saudari Indira Riska Saraswati, desain dari saudari Indira  menggunakan  motor  35kw  [3].  Sistem  transmisi  yang digunakan oleh saudari Indira adalah 2 tingkat transmisi dengan rasio transmisi tingkat pertama adalah 3 dan yang kedua sebesar 0,7.  Kecepatan  maksimal  yang  dapat  ditempuh  kendaraan adalah 80 km/jam.
Tujuan  dari  studi  ini  adalah  didapatkan  karakteristik  traksi dan karakteristik power yang sesuai berdasarkan variasi sudut jalan yang dilalui kendaraan. Sehingga nanti dari studi ini akan
diperoleh  spesifikasi  motor  dan  baterai  yang  digunakan  serta rasio transmisi kendaraan.

## II. URAIAN PENELITIAN

## A. Tahap Perhitungan
Dalam  pengerjaan  studi  ini  awalnya  dilakukan  perhitungan terhadap  gaya  hambat  yang  terjadi  pada  kendaraan.  Gaya hambat  yang  diperhitungkan  dalam  studi  ini  adalah  gaya hambat angin, gaya hambat rolling dan gaya hambat tanjakan [4], sehingga nantinya dari ketiga gaya hambat tersebut didapat gaya  hambat  total  berdasarkan  variasi  sudut  tanjakan.  Untuk dapat menghitung nilai dari gaya hambat angin dapat dilakukan berdasarkan persamaan 1,
2 2 1 V A C R f d a   (1)
Dimana R a adalah hambatan  aerodinamika, ρ adalah  massa jenis  udara, C d adalah  koefisien  drag, A f adalah  luas  frontal kendaraan, V adalah  kecepatan  relative  angin  terhadap kendaraan.  Sedangkan  untuk  gaya  hambat rolling dapat dihitung dengan persamaan 2,
W f R r r  (2) 5 , 2 100         v f f f s o r (3)
Dimana f r adalah koefisien rolling , f o dan f s adalah koefisien yang nilainya tergantung pada tekanan ban dan W adalah berat dari  kendaraan.  Gaya  hambat  tanjakan  dapat  dihitung menggunakan persamaan 4,
 sin W R g  (4)
Dimana Ɵ adalah  sudut  tanjakan  jalan.  Selanjutnya  setelah mengetahui  ketiga  gaya  hambat  diatas  maka  dapat  dihitung gaya hambat total pada kendaraan berdasarkan persamaan 5 dan 6,
g r a r R R R F    (5)
     sin cos 2 1 2 W W f V A C F r f d r          (6)

## Desain dan Analisa Sistem Tenaga dan Transmsi pada Mobil Angkutan Multiguna Pedesaan Bertenaga Listrik
Dika Bayu Prasetyo, Unggul Wasiwitono, I Nyoman Sutantra Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : tantra@me.its.ac.id
P
Dimana F r adalah gaya hambat total kendaraan. Selanjutnya untuk dapat menentukan kebutuhan power yang dibutuhkan oleh kendaraan terlebih dahulu diketahui gaya hambat total dari kendaraan berdasarkan persamaan 6, maka berdasarkan persamaan 7 dapat diketahui power yang diperlukan oleh kendaraan dimana P merupakan power yang dibutuhkan oleh kendaraan karena gaya hambat.
V F P r  (7)
Karakteristik dari motor listrik adalah power yang dihasilkan akan  bertambah  dari  kecepatan  awal  sampai  kecepatan base , sedangkan  dari  kecepatan base sampai  kecepatan  maksimum power  motor  listrik  akan  relative  konstan.  Untuk  torsi  yang dihasilkan motor listrik adalah maksimum dari kecepatan awal sampai  dengan  kecepatan base ,  kemudian  akan  turun  secara hyperbolic dari  kecepatan base sampai  kecepatan  maksimum [4].
Disamping menentukan motor listrik yang digunakan penulis juga memperhitungkan baterai yang diperlukan oleh kendaraan. Untuk  dapat  menentukan  kebutuhan  baterai  langkah- langkahnya adalah sebagai berikut,
1. Langkah  pertama  adalah  menentukan  durasi  tembuh  dari kendaraan.
2. Langkah  kedua  adalah  menetukan  besar  kwh  yang diperlukan baterai untuk memenuhi kebutuhan kendaraan.
3. Langkah  ketiga  adalah  menentukan  besar  voltase  pada baterai.
4. Langkah  keempat  adalah  menghitung  jelajah  yang  dapat ditempuh  oleh  kendaraan  berdasarkan  persamaan  8, tp s  (8)
dimana s adalah jelajah kendaraan, t adalah durasi tempuh kendaraan, p adalah power baterai.
5. Langkah  kelima  adalah  menghitung  besar  dari  ampere baterai yang dibutuhkan. Dengan perumusan dibawah ini,
v p Ah  (9)
dimana Ah adalah ampere yang dibutuhkan oleh baterai.
6. Langkah keenam adalah menghitung jumlah baterai yang diperlukan berdasarkan ketersediaan baterai dipasaran.
7. Langkah  ketujuh  adalah  mendapatkan  spesifikasi  dari baterai yang diperlukan kendaraan.
Sistem transmisi  kendaraan berfungsi  mengkonversi torsi dan kecepatan dari sumber penggerak menjadi torsi dan kecepatan yang  berbeda-beda  kemudian  diteruskan  ke  penggerak  akhir. Langkah  pertama  menghitung  rasio  transmisi  adalah menentukan rasio transmisi tingkat pertama dengan persamaan 10,  dimana F t adalah  gaya  torsi  kendaraan, T m adalah  torsi mesin, ƞ 𝑡 adalah efisiensi dari transmisi, r adalah jari-jari roda (m), I d adalah perbandingan gigi diferential.
  t d m a r t d m t i T r R W f W i T r F i        max 1 sin (10)
Setelah menghitung rasio tingkat pertama selanjutnya adalah menghitung  rasio  tingkat  akhir  dan  selanjutnya  ditentukan tingkat  transmisi  yang  digunakan  pada  kendaraan.Untuk
menghitung  rasio  transmisi  tingkat  akhir  menggunakan persamaan 11,
t d m f d r t d m t i T r V A C W f i T r F i            2 1 2 (11)
Tahap analisa yang digunakan untuk melihat hasil dari rasio transmisi  adalah  dengan  karakteristik  traksi  dan  karakteristik power  yang  dihasilkan  oleh  rasio  transmisi.  Dengan menghitung  kecepatan base dan  kecepatan  maksimum  serta gaya  dorong  minimum  dan  gaya  dorong  maksimum  yang dihasilkan tiap transmisi maka akan didapat karakteristik traksi dari  kendaraan,  dibawah  ini  merupakan  perumusan  untuk menghitung  karakteristik  traksi  tersebut,  dimana V b adalah kecepatan  base  transmisi, V max adalah  kecepatan  maksimum transmisi, N b adalah putaran base dari motor listrik, N max adalah putaran maksimum dari motor listrik.
d t b b I I rN V 30   (12) d t I I rN V 30 max max   (13)
r T I I F t d t t  max max  (14)
r T I I F t d t t  min min  (15)
Untuk  karakteristik  power  yang  dihasilkan  dari  rasio transmisi dapat dianalisa dengan membandingkan power yang dihasilkan  kendaraan  dengan  power  yang  ditimbulkan  oleh gaya hambat. Power dari transmisi dan power yang ditimbulkan oleh  gaya  hambat  dapat  dihitung  menggunakan  persamaan  7 dan 16,
V F P t t  (16)
dimana P t adalah power dari transmisi kendaraan .

## III. HASIL DAN ANALISA

## A. Data dan Spesifikasi Kendaraan
Data  dan  spesifikasi  kendaraan  dapat  dilihat  Tabel  1  pada lampiran.

## B. Perhitungan Spesifikasi dari Motor dan Baterai
Berdasarkan persamaan 7 mengenai perhitungan power dari kendaraan  terlebih  dahulu  harus  diketahui  gaya  hambat  total yang  terjadi  pada  kendaraan.  Untuk  dapat  menghitung  gaya hambat  total  yang  terjadi  pada  kendaraan  dapat  digunakan persamaan  5  dan  6,  pada  Gambar  1  penulis  membandingkan
gaya  hambat  total  pada  kendaraan  berdasarkan  variasi  sudut tanjakan dengan pengaruh kecepatan.
Gambar 1. Gaya hambat total berdasarkan variasi sudut tanjakan dan kecepatan kendaraan
Pada grafik Gambar 1 menunjukkan pengaruh kecepatan dan variasi  sudut  tanjakan  terhadap  gaya  hambat  total,  semakin besar  sudut  tanjakan  dan  kecepatan  kendaraan  maka  semakin besar pula gaya hambat yang terjadi.

## Gambar 2. Kebutuhan daya kendaraan
Setelah  mengetahui  gaya  hambat  total  pada  kendaraan berdasarkan gambar 1, selanjutnya menghitung kebutuhan daya kendaraan  berdasarkan  persamaan  7  sehingga  mendapatkan grafik seperti pada gambar 2. Berdasarkan grafik pada gambar 2 apabila penulis menginginkan kendaraan untuk melaju  pada sudut  tanjakan  30  derajat  dengan  kecepatan  20km/jam  maka penulis  memerlukan power sebesar 50kw. Berdasarkan  grafik tersebut  maka  digunakan  motor  YASA  P400Series  dengan power sebesar 25kw. Seperti spesifikasi tabel 2 pada lampiran.
Gambar 3.Torsi dan Power Motor YASA P400 Series 25Kw
Berdasarkan gambar 3 menunjukkan karakteristik dari power dan  torsi  yang  dihasilkan  oleh  Motor  YASA  P400Series. Dimana kecepatan base akan semakin kecil apabila power yang digunakan juga semakin kecil. Pada power maksimal dari motor yaitu 160kW kecepatan base yang dihasilkan adalah 4500 rpm, karena  penulis  menggunakan  power  sebesar  25  kW  maka kecepatan base yang dihasilkan adalah 750 rpm.
Selanjutnya  untuk  baterai  yang  digunakan  oleh  kendaraan multiguna  pedesaan  bertenaga  listrik  adalah  LiFePO4  12v 110Ah.  Hal  ini  didapatkan  dari  perhitungan  bahwa  durasi tempuh dari kendaraan (t) adalah 6,3km/kwh, power baterai (p) 12,5kw,  voltase  baterai  (v)  125volt.  Maka  berdasarkan perumusan 8 didapatkan jelajah dari kendaraan adalah sebesar 78,75 km. Selanjutnya untuk mendapatkan kebutuhan ampere dari  baterai  menggunakan  perumusan  9  dan  hasilnya  adalah sebesar  100  Ah. Setelah  menentukan  spesifikasi  dari  baterai adalah  LiFePo4  12V  110Ah,  maka  ditentukan  jumlah  baterai yang dibutuhkan adalah power baterai yang dibutuhkan dibagi dengan power tiap baterai dan hasilnya dalah membutuhkan 11 pack  baterai.  Untuk  data  dan  spesifikasi  dari  baterai  dapat dilihat tabel 3 pada lampiran.

## C. Perhitungan Rasio Transmisi
Perhitungan  rasio  transmisi  dilakukan  dengan  menghitung pada  tingkat  pertama,  berdasarkan  perumusan  10  penulis mendapatkan  hasil  rasio  transmisi  tingkat  pertama  adalah sebesar 1,87. Sedangkan untuk selanjutnya adalah menghitung rasio  transmisi  tingkat  akhir  berdasarkan  perumusan  11  dan hasilnya  adalah  0,348.  Jadi  penulis  menggunakan  rasio transmisi  tingkat  pertama  adalah  1,87  dan  0,348  pada  tingkat kedua.  Selanjutnya  setelah  diketahui  rasio  transmisi  pada masing-masing tingkat maka harus dihitung nilai dari kecepatan base dan kecepatan maksimum berdasarkan perumusan 12 dan 13, maka didapat kecepatan base pada transmisi pertama (V 1b ) adalah  sebesar  10,14  km/jam  dan  kecepatan  maksimum  pada transmisi  pertama  (V 1max )  adalah  67,6  km/jam.  Sedangkan untuk kecepatan base transmisi kedua (V 2b ) adalah 54,6 km/jam dan kecepatan  maksimum transmisi kedua (V 2max ) adalah 109 km/jam.  Selain  menghitung  kecepatan  base  dan  kecepatan maksimum maka harus dihitung pula gaya dorong maksimum dan  minimum  berdasarkan  perumusan  14  dan  15,  untuk  gaya dorong  maksimum transmisi  pertama (Ft 1max ) adalah 9775,9N dan  gaya  dorong  minimum  transmisi  pertama  (F 1min )  adalah 1253,33N sedangkan gaya dorong maksimum transmisi kedua (F 2max ) adalah 1816,52N dan gaya dorong minimum transmisi kedua  (F 2min )  adalah  908,26N.  Maka  selanjutnya  rancangan rasio  transmisi  dianalisa  berdasarkan  karakteristik  traksi  dan power seperti pembahasan D dan E.

## D. Analisa Karakteristik Traksi Kendaraan
Pada  Gambar  8  menunjukkan  karakteristik  traksi  yang dihasilkan  oleh  rancangan  rasio  transmisi.  Berdasarkan perhitungan  didapat  kecepatan  base  pada  transmisi  pertama adalah  10,14km/jam  dan  54,6km/jam  pada  tingkat  kedua. Sedangkan untuk kecepatan maksimum pada transmisi pertama adalah  67,6km/jam  dan  109km/jam  untuk  transmisi  kedua. Untuk kemampuan dari kendaraan terlihat pada sudut tanjakan maksimum  adalah  sebesar  11  km/jam,  sedangkan  kecepatan maksimum kendaraan pada transmisi pertama adalah sebesar 60 km/jam pada kondisi jalan mendatar dan permukaan jalan aspal.
Pada  transmisi  kedua  kendaraan  dapat  melewati  medan  jalan dengan sudut tanjakan 5 derajat sebesar 45 km/jam, sedangkan untuk jalan aspal dengan menggunakan transmisi kedua dapat menghasilkan  kecepatan  maksimal sebesar 68 km/jam. Untuk kecepatan  akhir  yang  dapat  dihasilkan  adalah  lebih  dari  100 km/jam pada kondisi jalan mendatar.
Gambar 8. Karakteristik Traksi Kendaraan Multiguna Bertenaga Listrik

## E. Analisa Karakteristik Power Kendaraan
Gambar 9. Karakteristik Power Kendaraan Multiguna Pedesaan Bertenaga Listrik
Berdasarkan  Gambar  9,  pada  transmisi  pertama  power maksimum  dari  motor  digunakan  seluruhnya  pada  sudut  30 derajat  dan  menghasilkan  kecepatan  maksimum  sebesar  11 km/jam. Untuk jalanan pasir yang dilalui kendaraan kecepatan maksimum  yang  dapat  dihasilkan  adalah  18  km/jam  dengan power  dari  motor  digunakan  seluruhnya  untuk  memenuhi kebutuhan  power  dari  gaya  hambat.  Kecepatan  maksimum yang  dapat  dihasilkan  adalah  60  km/jam,  hal  ini  karena  pada jalan aspal power keseluruhan dari motor sama dengan power yang  dibutuhkan  pada  gaya  hambat.  Power  total  yang digunakan pada motor adalah 25 kw. Sedangkan pada transmisi kedua power yang dihasilkan oleh motor dapat melalui medan jalan yang mempunyai sudut tanjakan 5 derajat, kecepatan yang dihasilkan  pada  kondisi  tersebut  adalah  45  km/jam  dengan kosumsi power sebesar 23 kw. Pada jalan aspal transmisi kedua mampu menghasilkan kecepatan yang lebih besar dari transmisi pertama  yaitu  sebesar  68  km/jam,  hal  ini  karena  power  yang dihasilkan  motor  sama  besarnya  dengan  power  yang
dibutuhkan  akibat  gaya  hambat.  Untuk  kecepatan  maksimum yang  dapat  dihasilkan  oleh  transmisi  kedua  adalah  lebih  dari 100 km/jam pada jalan mendatar.

## IV. KESIMPULAN
Setelah  melakukan  analisa  perhitungan  dan  pembahasan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Berdasarkan  perhitungan  yang  telah  dilakukan,  maka besar  gaya  hambat  yang  terjadi  adalah  538,67  N  untuk gaya hambat angin pada kecepatan 100 km/jam, 281,06 N untuk  gaya  hambat  rolling  pada  jalan  mendatar  dengan kecepatan 100 km/jam dan 9368,6 N untuk gaya hambat pada tanjakan 30 derajat.
2. Berdasarkan rasio transmisi  yang digunakan pada tingkat pertama  dengan  gaya  traksi  sebesar  9775,97N  kendaraan dapat  melewati  sudut  tanjakan  30  derajat  pada  kecepatan 11  km/jam  dan  dengan  gaya  traksi  sebesar  1500N kendaraan dapat melaju pada kecepatan 60 km/jam di jalan aspal,  berdasarkan  perhitungan  kendaraan  dapat  melaju dengan  transmisi  pertama  sampai  dengan  kecepatan  67 km/jam. Sedangkan untuk tingkat transmisi kedua dengan gaya  traksi  sebesar  1818,97N  kendaraan  dapat  melaju  65 km/jam  pada  jalan  aspal,  dan  berdasarkan  perhitungan kecepatan maksimum pada transmisi kedua adalah sebesar 109,2 km/jam.
3. Berdasarkan karakteristik power yang terjadi menunjukkan hasil yang tidak terlalu berbeda dengan hasil karakteristik traksi  kendaraan.  Dimana  dengan  power  maksimum  dari motor  listrik  dapat  melewati  sudut  tanjakan  30  derajat dengan kecepatan 11 km/jam pada transmisi pertama dan dengan power  maksimum dari  motor berdasarkan analisa karakteristik  power  pada  transmisi  pertama  dapat  melaju sebesar  60  km/jam  pada  jalan  aspal.  Sedangkan  pada karakteristik  power  pada  transmisi  kedua  menunjukkan kemampuan  kendaraan  berdasarkan  power  maksimum kendaraan dapat melaju pada jalan aspal sebesar 68 km/jam dan  dapat  menghasilkan  kecepatan  maksimum  109,2 km/jam  dengan  menggunakan  power  maksimum  dari kendaraan.

## LAMPIRAN
Tabel 1. Data dan Spesifikasi Kendaraan Dimensi Jarak sumbu roda 2590 mm Lebar 1440 mm (depan) 1480 mm (belakang) Tinggi 2260 mm Ground clearance 240 mm Massa Massa rolling chassis, motor dan baterai 910 kg Berat box penumpang 500 kg Berat beban maksimum 500 kg Ban 4 roda tunggal Radial (P 165/80 R13)
Tabel 2. Data dan Spesifikasi Motor Peak power 160 kW Peak torque 390 Nm Continuous Power 20 kW to 100 kW Speed 0-8000 rpm Peak Efficiency 96% Dry Mass 24 kg Tabel 3. Data dan Spesifikasi Baterai Jenis LiFePO4 Power 12,5 kw Voltase 125 volt Ampere 100 Ah Jumlah 11 pack Massa 60 kg

## DAFTAR PUSTAKA
[1] GAIKINDO, “Domestic Auto Production.” Jakarta, 2016.
[2] B. MIGAS, “Konsumsi BBM Nasional,” 2016. [Online]. Available: http://www.bphmigas.go.id/konsumsi-bbm-nasional.
[3] S.  R.  I.  Riska,  “Analisa  Rancangan  Rasio  Transmisi  dan  Kinerja Traksi pada Kendaraan Produksi Multiguna Pedesaan,” 2015.
[4] S. . Nyoman, Teknologi Otomotif Hybrid, Institut Teknologi Sepuluh Nopember . Guna Widya, 2015.