## Desain Chassis Mobil Urban TITEN EV-2 Akibat Beban Dinamis
Muhammad Alwi Kurniawan Guhardiputra. a, *,Muh. Nurkoyim Kustanto b , Santoso Mulyadi c , Dedi Dwilaksana d , Muhammad Trifiananto e a,b,c,d,e Progam Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Jember Alamat resmi Jl. Kalimantan Tegalboto-Jember 68121.
*E-mail: nurkoyin@unej.ac.id

## Abstract
Chassis is a fundamental part of the vehicle that serves to support the overall load that works on the car.  Chassis  also  serves  to  keep  the  car's  condition  remains  rigid  and  does  not  experience  excessive deformation and is safe when used. The selection of a strong but still lightweight material was carried out,  using  6061  aluminum  material.  In  this  study,  an  analysis  of  the  TITEN  EV-2  urban  car  chassis design will be carried out under dynamic loading when braking with variations in the Chassis profile shape,  namely  the  profile  in  the  form  of  square  and  rectangular  hollow  and  the  distance  braking  is 15m.  The  purpose  of  this  study  is  to  determine  the  effect  and  optimal  conditions  of  the  design parameters in the form of a profile on the chassis of an electric car. By using the finite element method, the  strength  analysis  of  the  chassis  structure  design  can  be  determined  by  looking  at  the  maximum stress and total deformation acting on the chassis. From the simulation results, the rectangular hollow chassis profile has a mass of 7.6 kg which is lighter than the square hollow chassis which has a mass of 9.4 kg. Rectangular hollow chassis has a maximum stress that is superior to square hollow chassis at loading distances 15 m.
Keywords: alumunium 6061; chassis; finite element method

## Abstrak
Chassis merupakan  bagian  fundamental  pada  kendaraan  yang  memiliki  peran  untuk  menopang keseluruhan beban yang bekerja pada mobil. Chassis juga memiliki peran untuk menjaga kondisi mobil dalam  kondisi  kokoh  dan  tidak  mengalami  deformasi  yang  berlebihan  serta  aman  saat  digunakan. Pemilihan material yang kuat namun tetap ringan dilakukan dengan menggunakan material aluminium 6061.  Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  analisis  desain chassis mobil urban TITEN EV-2  di bawah pembebanan  dinamis  saat  pengereman  dengan  variasi  bentuk  profil chassis yaitu  profil  berbentuk persegi dan persegi panjang berongga serta jarak pengereman  15 m.. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk  mengetahui  pengaruh  dan  kondisi  optimal  dari  parameter  desain  berupa  profil  pada chassis mobil  listrik.  Dengan  menggunakan  metode  elemen hingga,  analisis  kekuatan  desain  struktur chassis dapat ditentukan dengan melihat tegangan maksimum dan deformasi total yang bekerja pada chassis . Dari hasil simulasi, profil chassis berongga persegi panjang memiliki massa 7,6 kg yang lebih ringan dibandingkan dengan chassis berongga persegi yang memiliki massa 9,4 kg. Chassis berongga persegi panjang memiliki tegangan maksimum yang lebih unggul daripada chassis berongga persegi pada jarak pengereman 15 m.
Kata kunci: alumunium 6061; chassis; metode elemen hingga

## 1. Pendahuluan
Data  Badan  Pusat  Statistik  mencatat  pada  tahun  2020  pertumbuhan  mobil  penumpang  mencapai  15.797.746 meningkat 2  kali  lipat  hanya dalam  9  tahun  sejak  2008 yang  hanya  mencapai  angka  7.489.852  mobil  [1].  Kebutuhan energi  pada  sektor  transportasi  masih  didominasi  pemenuhannya  oleh  bahan  dari  sumber  yang  tidak  berkelanjutan. Seperti  penggunaan  BBM  yang  masih  menduduki  peringkat  pertama  di  sector  transportasi  sisanya  dipasok  oleh biodiesel  dan  gas  bumi,  sementara  pengguna  mobil  listrik  belum  terlalu  berpengaruh  dikarenakan  pengguna  mobil listrik yang diasumsikan masih sedikit [2].
Setiap  tahun  Kontes  Mobil  Hemat  Energi  (KMHE)  diselenggarakan  dengan  tujuan  untuk  menguji  kemampuan mahasiswa  dalam  merancang  dan  membangun  kendaraan  yang  aman  baik  pengemudi  dan  orang  disekitarnya,  hemat konsumsi  bahan  bakar  dan  ramah  lingkungan.  [3].  Dalam  kondisi  lomba  kendaraan urban  consept harus  dirancang sesuai  dengan  peraturan  yang  telah  ditetapkan  KMHE.  yaitu  ‘ stop  &  go  driving’ .  Hal  ini  mengharuskan  kendaraan untuk berhenti di setiap lap nya, oleh karena itu mobil yang dirancang haruslah memiliki ketangguhan untuk melakukan akselerasi dan mampu melakukan deselerasi dengan aman.
Chassis merupakan bagian fundamental dari kendaraan yang memiliki peran penting untuk menopang keseluruhan beban yang bekerja pada kendaraan, sehingga pembuatan dan perancangan suatu Chassis merupakan factor terpenting
dalam suatu kendaraan.
Metode  yang  digunakan  untuk  mendapatkan  solusi  yaitu  metode  elemen  hingga,  metode  ini  memiliki  prinsip membagi domain, baik itu domain ruang ( spatial domain ) atau domain waktu ( time domain ), menjadi sub domain atau elemen  yang  lebih  kecil  [4].  Pengurangan  berat  kendaraan  adalah  salah  satu  yang  paling  efektif  untuk  mengurangi konsumsi bahan bakar dan gas rumah kaca untuk kendaraan. Hal tersebut Sudah diperkirakan bahwa untuk setiap 10% berat  yang  dihilangkan  dari  berat  total  kendaraan,  penghematan  bahan  bakar  meningkat  sebesar  7%.  Untuk  mencapai konstruksi yang ringan, tanpa mengurangi kekakuan [5].
Dari latar belakang tersebut penting untuk dilakukan pengkajian dan analisa mengenai desain chassis mobil urban TITEN  EV-2  pada  pembebanan  dinamis  saat  dilakukan  pengereman.  Material  yang  digunakan  alumunium  seri  6061 dengan  variasi  bentuk  profil chassis yaitu  profil  berbentuk square dan rectangular hollow .  sehingga  dapat  diketahui efek  dan  kondisi  optimal  dari  parameter  desain  dalam  bentuk  profil  pada chassis mobil  listrik  menggunakan  Metode Elemen Hingga serta agar diperoleh chassis yang ringan namun tetap aman ketika digunakan.

## 2. Metode penelitian

## 2.1 Properties Material Chassis
Aluminium  adalah  logam  ringan  dan  penggunaan  aluminium  menawarkan  potensi  yang  cukup  besar  untuk mengurangi  berat  mobil  khusus  nya  pada chassis .  Paduan  magnesium  silikon  (Al-Mg-Si)  yang  terdapat  dalam Alumunium 6061 memungkinkan untuk dapat dilakukan perlakuan panas ( heat treable ). Dari keunggulan massa yang ringan, Aluminium 6061 memiliki kemampuan meningkatkan kinerja kendaraan, meningkatkan efisiensi bahan bakar, memperpanjang  jangkauan  baterai  dan  mengurangi  emisi  [6]  Secara  lebih  detail  karakteristik  dari  material  ini  dapat dilihat pada Tabel 1. yakni nilai dari properti material dari aluminium 6061.
Table 1. Material Properti Alumunium 6061 [7] Properties Nilai Ultimate Tensile Strength 310 Mpa Tensile Yield Strenght 276 MPa Modulus of Elasticity 68,9 GPa Density 2,7 g/cc Shear Modulus 26 GPa

## 2.2 Desain Chassis
Sebagai dasar untuk desain chassis , di samping dimensi utama chassis harus ditentukan. Dimensi chassis mengacu pada regulasi kompetisi Kontes Mobil Hemat Energi (KMHE) dan Shell Eco Marathon [8]. Dalam penelitian kali ini digunakan  dua  model  variasi  bentuk  profil  yakni chassis dengan  profil rectangular hollow dan chassis dengan  profil square hollow dengan ketebalan 1,2 mm. yang ditunjukkan pada Gambar 1.
(a) (b)
Gambar 1. (a) Desain chassis Profil Rectangular , (b) Desain Chassis Profil Square

## 2.3 Beban Pengereman
Mobil TITEN EV-2 diasumsikan dapat melakukan pengereman  di lintasan lurus datar dengan jarak 15 meter  dan untuk  kecepatan  50  km/jam.  Maka  dapat  diperoleh  besarnya  perlambatan  dari  jarak  yang  telah  ditetapkan  dengan perhitungan menggunakan persamaan (1):
(1)
Dimana:
a = Percepatan p ( m/s 2 ) v o = Kecepatan p Awal p ( m/s 2 ) v t = Kecepatan p Akhir p ( m/s 2 ) s = Jarak p (m) t
= Waktu p (Sekon)
Perlambatan Jarak Pengereman 15 m
Berikut ini beban saat mobil mengalami pengereman, dimana terdapat dua arah pembebanan yakni arah vertical dan horizontal. Dengan diketahuinya nilai perlambatan akibat pengereman dan juga gaya gravitasi bumi maka didapat data sebgaimana yang ditunjukan pada Tabel 2.
Tabel 2 . Beban Saat Pengereman Pada Chassis Beban Vertical Loading Beban Pengereman (a = 6,43 m/s 2 ) 1. 𝐹 𝑌 1 = 𝐹 1 . 𝑔 = 0,25 𝐾𝑔 . 9,81 𝑚 / 𝑠 2 = 2,45 𝑁 1. 𝐹 𝑥 1 = 𝐹 1 . 𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑟𝑒𝑚 𝑎𝑛 = 0,25 𝐾𝑔 . 6,43 𝑚 / 𝑠 2 = 1,6075 𝑁 2. 𝐹 𝑌 2 = 𝐹 2 . 𝑔 = 6 𝐾𝑔 . 9,81 𝑚 / 𝑠 2 = 58,86 𝑁 2. 𝐹 𝑥 2 = 𝐹 2 . 𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑟𝑒𝑚 𝑎𝑛 = 6 𝐾𝑔 . 6,43 𝑚 / 𝑠 2 = 38,58 𝑁 3. 𝐹 𝑌 3 = 𝐹 3 . 𝑔 = 0,3 𝐾𝑔 . 9,81 𝑚 / 𝑠 2 = 2,94 𝑁 3. 𝐹 𝑥 3 = 𝐹 3 . 𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑟𝑒𝑚 𝑎𝑛 = 0,3 𝐾𝑔 . 6,43 𝑚 / 𝑠 2 = 1,929 𝑁 4. 𝐹 𝑌 4 = 𝐹 4 . 𝑔 = 75,3 𝐾𝑔 . 9,81 𝑚 / 𝑠 2 = 738,69 𝑁 4. 𝐹 𝑥 4 = 𝐹 4 . 𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑟𝑒𝑚 𝑎𝑛 = 75,3 𝐾𝑔 . 6,43 𝑚 / 𝑠 2 = 484,179 𝑁 5. 𝐹 𝑌 5 = 𝐹 5 . 𝑔 = 6 𝐾𝑔 . 9,81 𝑚 / 𝑠 2 = 58,86 𝑁 5. 𝐹 𝑥 5 = 𝐹 5 . 𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑟𝑒𝑚 𝑎𝑛 = 6 𝐾𝑔 . 6,43 𝑚 / 𝑠 2 =  38,58 𝑁 6. 𝐹 𝑌 6 = 𝐹 6 . 𝑔 = 3 𝐾𝑔 . 9,81 𝑚 / 𝑠 2 = 29,43 𝑁 6. 𝐹 𝑥 6 = 𝐹 6 . 𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑟𝑒𝑚 𝑎𝑛 = 3 𝐾𝑔 . 6,43 𝑚 / 𝑠 2 = 19,29 𝑁 7. 𝐹 𝑌 7 = 𝐹 7 . 𝑔 = 8 𝐾𝑔 . 9,81 𝑚 / 𝑠 2 = 78,48 𝑁 7. 𝐹 𝑥 7 = 𝐹 7 . 𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑟𝑒𝑚 𝑎𝑛 = 8 𝐾𝑔 . 6,43 𝑚 / 𝑠 2 = 51,44 𝑁

## 3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Diskritisasi Pemodelan (FEA)
Proses  dikritisasi  domain  atau  geometri chassis menjadi  elemen  kecil  dengan  menggunakan  sejumlah  elemen terbatas  untuk  memodelkan  struktur  dapat  terjadi  kesalahan  kecocokan  geometri  struktur  dan  distribusi  perpindahan karena  keterbatasan  dari  elemen  yang  dibentuk.  Kesalahan  tersebut  disebut  sebagai dicretization  error .  Untuk mengantisipasi  kesalahan  dalam  pengujian  yang  dilakukan  maka  dilakukan  diskritisasi  geometri  dengan  berdasarkan parameter dari meshing yang digunakan pada grid independence yang dilaksanakan sebagai validasi.
(a) (b)
Gambar 2. Tetrahedron Element Mesh (a) Chassis Rectangular hollow, (b) Chassis Square Hollow
Penentukan diskritisasi domain struktur rangka mengacu pada model validasi, yakni  berdasar pada jenis meshing dan  kualitas meshing yang  digunakan.  Jenis meshing yang  digunakan  diseragamkan  keseluruhannya  menggunakan tetrahedron element [9]. Ukuran elemen yang digunakan yaitu 4,5 mm seperti pada Gambar 2. Berdasarkan parameter tersebut  kualitas mesh struktur chassis dapat  diketahui.  Dari  hasil  diskritisasi  yang  ditunjukkan  dalam  Gambar  3. Kualitas  mesh  yang  dibentuk  memiliki  nilai  mayoritas  yang  baik  seperti  ditunjukkan  dalam  warna  yang  seragam  dan nilai element quality yang baik. Diskritisasi dalam model tersebut memiliki sebaran kualitas elemen yang baik sehingga perbedaan kualitas elemen antar bagian yang terbentuk terjadi secara seragam atau tidak kontras. Dengan pengkondisian elemen meshing yang seragam hasil dari pemodelan yang dilakukan dapat lebih optimal.
(a) (b)
Gambar 3. Average Element Quality  (a) Chassis Rectangular Hollow, (b) Chassis Square Hollow
Struktur chassis yang dimodelkan dalam penelitian ini memiliki hasil diskritisasi yang ditunjukkan dalam Tabel 3. Dengan  menggunakan  parameter  yang  seragam  selama  proses meshing maka  hasil  yang  diperoleh  dalam  proses diskritisasi  geometri  antar  model chassis nilainya  juga  seragam.  Nilai  hasil  mesh  yang  digunakan  dalam  pemodelan kedua  model chassis yang  digunakan  menunjukkan  kualitas average  skewness dan orthogonal  quality dalam  rentang kualitas meshing yang baik.
Tabel 3. Hasil Diskritisasi Model Struktur Chassis
C h a ss is Mo d el Ju m lah N o d e Ju m lah E leme n t E leme n t siz e (mm ) A ve ra g e S ke w n ess E leme n t q u a lity A ve ra g e Ort h o g o n a l
Qu a lity
Desk rip si Reqtan- gular Hollow 1.460.895 726.419 4,5 0,67929 0,47561 0,32052 Good (baik) Square Hollow 1.379.018 687.639 4,5 0,67674 0,46671 0,32308 Good (baik)
Untuk  hasil  diskritisasi  dapat  dilihat  pada spectrum termuat  pada  Gambar  4.  Rata  rata  kualitas meshing yang dihasilkan menunjukkan hasil pada range baik ( good ) berdasar pada  nilai parameter skewness dan orthogonal quality keluaran dari proses diskritisasi [10].
Gambar 4. Rentang Level Parameter Kualitas Mesh
3.2. Desain Struktur Chassis Profil Rectangular hollow dan Square Hollow
Hasil  Pengujian  desain  struktur  chassis  profil rectangular  hollow ketika  dilakukan  simulasi  di software  Ansys Workbench R1 dengan variasi pembebanan jarak pengereman 15m. simulasi ini menghasilkan data tegangan maksimum dan deformasi total yang terjadi pada struktur chassis . Hasil simulasi menunjukkan besarnya nilai tegangan maksimum dan  deformasi  total  yang  terjadi  pada chassis .  Nilai  tersebut  dapat  diketahui  lokasinya  dengan  visualisasi  yang ditunjukkan  oleh  gradiasi  warna  pada  hasil  simulasi  di software  ansys ,  dimulai  dari  warna  biru  untuk  menunjukkan hasil  tegangan  atau  deformasi  yang  paling  kecil  sampai  dengan  nilai  terbesar  yang  ditunjukkan  oleh  warna  merah. Berikut ini hasil pengujian desain struktur chassis profil rectangular hollow dengan jarak pengereman 15 m. simulasi ini  menghasilkan  data  tegangan  maksimum  dan deformasi  total  yang  terjadi  pada  struktur chassis profil rectangular . Data tersebut ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Tegangan Maksimum dan Deformasi Total Struktur Chassis Profil Rectangular Hollow
Jarak pengereman 15 m Visual Tegangan Maksimum (Mpa) 56,37
Deformasi  Total (mm)
2,1
Berdasarkan  hasil  yang  ditunjukkan  pada  Tabel  4.  pengujian  simulasi  pembebanan  dinamis,  untuk  jarak pengereman  15  m  diperoleh  tegangan  maksimum  sebesar  56,37  Mpa  di  tempat  penyangga rollbar .  Kemudian  untuk jarak pengereman 15 m chassis mengalami deformasi sebesar 2,1 mm dengan tempat yang sama yakni di bagian rollbar ditunjukkan oleh warna merah pada chassis dan untuk detail lokasi ditunjukkan oleh anak panah .
Berikut ini hasil pengujian desain struktur chassis profil square hollow .  simulasi ini menghasilkan data tegangan maksimum dan deformasi total yang terjadi pada struktur chassis profil square . Data tersebut ditunjukkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Tegangan Maksimum dan Deformasi Total Struktur Chassis Profil Square Hollow
Jarak pengereman 15 m Visual Tegangan Maksimum (Mpa) 57,51
Deformasi  Total (mm)
2.05
Berdasarkan  hasil  yang  ditunjukkan  pada  Tabel  5  dari  pengujian  simulasi  pembebanan  dinamis,  untuk  jarak pengereman  15  m  diperoleh  tegangan  maksimum  sebesar  57,51  Mpa  di  tempat  penyangga rollbar .  Kemudian  untuk deformasi sebesar 2,05 mm di bagian rollbar atas bagian tengah ditunjukkan oleh warna merah pada chassis dan untuk detail lokasi ditunjukkan oleh anak panah.
Guhardiputra, dkk./ p ROTASI, p Vol. 25  No. 1  (November  2023) Hal. 25-32 x

## 3.3. Perbandingan dan Analisa Massa Chassis
Dengan  adanya  material  properties  yaitu density dari  material  alumunium  6061  yang  digunakan  pada  struktur chassis , massa dari chassis dengan profil rectangular dan square hollow bisa diketahui. Berikut ini massa dari chassis dengan  profil rectangular dan square hollow setelah  dilakukan  proses  desain  sesuai  dengan  dimensi chassis dan parameter material yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 6. Perbandingan Massa Chassis Rectangular Hollow dan Square Hollow Chassis Massa Chassis Visual Reqtan-gular Hollow
7,6 kg Square Hollow 9,4 kg
Berdasarkan data perbandingan massa chassis yang ditunjukkan pada Tabel 4.8. Chassis dengan profil rectangular hollow memiliki massa sebesar 7,6 kg sedangkan chassis dengan profil square hollow memiliki massa lebih besar jika dibandingkan dengan profil rectangular yaitu sebesar 9,4 kg. Chassis dengan profil rectangular hollow memiliki massa yang  lebih  ringan  dikarenakan  volumenya  lebih  kecil  jika  dibandingkan  dengan  profil square  hollow .  Massa chassis yang  ringan  semakin bagus  jika  diterapkan  pada  mobil hemat  energi, hal  ini  dikarenakan  nilai massa  kendaraan  yang lebih ringan akan meningkatkan performa kendaraan baik dalam kondisi berjalan lurus maupun saat berbelok. Dengan begitu chassis dengan profil rectangular memiliki keunggulan jika ditinjau dari segi massa struktur chassis .

## 4. Kesimpulan
Dari hasil dan pembahasan simulasi struktur chassis mobil urban TITEN EV-2 dengan pembebanan dinamis saat diakukan pengereman dapat ditarik beberapa kesimpulan:
(1). Chassis dengan  profil rectangular hollow memiliki  tegangan  maksimum  terhadap  pembebanan  pengereman dengan jarak 15 m, sebesar 56,37 Mpa lebih kecil dibandingkan dengan profil square hollow yakni sebesar 57,51 Mpa.
(2). Profil Chassis Rectangular hollow memiliki  massa  sebesar  7,6  kg  lebih  ringan  dibandingkan  dengan chassis square hollow yang memiliki massa 9,4 kg.

## Daftar Pustaka
[1] Lingkar Studi Transportasi. 2018. Jumlah Kendaraan di Indonesia Periode 1949- 2018. https://transportologi.org/data-kita/jumlah-kendaraan-di-indonesiaperiode-1949-2018/ [Diakses pada 16 Februari  2022].
[2] Kementrian  ESDM  Republik  Indonesia.  2019.  Outlook  Energi  Indonesia  (OEI)  2019.  Jakarta:  Dewan  Energi Nasional.
[3] Anggara Syinta, R. (2021). Analisis Dan Pembuatan Chassis Tipe Ladder Frame Mobil Kmhe Urban Concept Menggunakan Metode Simulasi Dan Pahl And Beitz. ENOTEK : Jurnal Energi Dan Inovasi Teknologi, 1(01), 14–18.
[4] Tsirogiannis, E. C., Stavroulakis, G. E., & Makridis, S. S. (2019). Electric car Chassis for Shell Eco Marathon competition: Design, modelling and finite element analysis. World Electric Vehicle Journal, 10(1), 1–13.
[5] Ghassemieh,  E.,  2011.  Materials  in  Automotive  Application,  State  of  the  Art  and  Prospects,  New  Trends Developments in Automotive Industry, Chiaberge, M., 978-953-307-999-8.
[6] The Aluminum Association,
Aluminum Alloys 101, The Aluminum Association
https://www.aluminum.org/sites/default/files/2021-09/AA-Infographic-Alloys-v5_0.jpg. [diakses 3 Juli 2022
[7] Aerospace Spesification Metal. Alumunium 6061-T6.
http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnu m=ma6061t6. [diakses 14 Februari 2022].
[8] Shell Eco Marathon, S. (2022). Shell Eco-Marathon 2022 Official Rules. Chapter I. Shell Eco Marathon, 10– 27.
[9] Prasetiyo, A. B., Azmi, A. A., Pamuji, D. S., & Yaqin, R. (2018). Pengaruh Perbedaan Mesh Terstruktur dan Mesh Tidak Terstruktur Pada Simulasi Sistem Pendinginan Mold Injeksi Produk Plastik. Prosiding Nasional Rekayasa Teknologi Industri Dan Informasi XIV Tahun 2019 (ReTII), 2018(November), 400–406
[10] Ansys  Learning  Forum,  What  is  The  Source  of  Mesh  Quality  Spectrum,  2020.  Website: https://forum.ansys.com/discussion/12577/what-is-the-source-of-mesh-quality-spectrum,  diakses  pada  10 November 2021.