## Manutech :

## Jurnal Teknologi Manufaktur
Vol. 15, No. 01, (2023)    p-ISSN : 2089-5550       e-ISSN : 2621-3397
Perhitungan Ulang Chassis Mobil Marapi Evo 1 Untuk Kontes Mobil Hemat Energi 2021
Nurul Izza 1 , Yuli Yetri 2* 1,2 Politeknik Negeri Padang , Padang *Email: yuliyetri@pnp.ac.id
Received: 6 Juni 2023; Received in revised form: 12 Juni 2023; Accepted : 19 Juni 2023

## Abstract
In  2021  the  Padang  State  Polytechnic  Marapi  team  participated  in  an  energy-efficient  car contest held by PUSPRESNAS. The Marapi team participated in the diesel engine prototype category which was held at the State University of Surabaya, East Java. To keep the efficiency of the car increasing, a stable  and  lightweight  chassis  is  needed.  The  Marapi  Evo  1  uses  a  ladder  frame  type  chassis  with  an overall length of 2000mm and hollow aluminum material. The chassis is designed to withstand a load of more than 200kg. In this journal, calculations will be carried out regarding the distribution of forces acting on  the  Marapi  Evo  1  car  chassis  when  accelerating. There  are  three  testing  methods,  namely  Finite Element  Method  (FEM)  Testing  Using  ANSYS,  Force  Distribution Analysis,  and  Total  Traction  Analysis. From the results of the analysis and calculations that have been carried out, it can be concluded that the Marapi Evo 1 chassis is feasible and safe to compete in the 2021 Energy Saving Car Contest. In addition, a total traction force of 330.216925 N which states that the Marapi Evo 1 car is capable of maneuvering very well when there is a change of speed.
Keywords: Chassis, FEM Test, Force Distribution Test, Total Traction Test

## Abstrak
Pada  tahun  2021  tim  Marapi  Politeknik  Negeri  Padang  mengikuti  Kontes Mobil  Hemat  Energi yang diadakan oleh Pusat Prestasi Nasional (Puspresnas). Tim Marapi merupakan sebuah tim mobil dari Politeknik Negeri Padang yang berpartisipasi dalam kategori prototype mesin pembakaran dalam diesel. Untuk  menjaga  agar  efisiensi  mobil  dapat  meningkat  diperlukan  sasis  yang  stabil  dan  ringan.  Mobil Marapi  Evo  1  menggunakan  sasis  berjenis  ladder  frame  dengan  panjang  keseluruhan  2000  mm  dan bahan alumunium hollow. Sasis yang didesain mampu menahan beban lebih dari 200 kg. Dalam Jurnal ini akan dilakukan perhitungan mengenai distribusi gaya-gaya yang bekerja pada chassis mobil Marapi Evo 1 saat melakukan akselerasi. Terdapat tiga metode pengujian yang dilakukan yaitu Pengujian Finite Element Method (FEM) menggunakan ANSYS, analisis distribusi gaya, dan analisis traksi total. Dari hasil analisis dan perhitungan yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa sasis mobil Marapi Evo 1 layak dan aman untuk berkompetisi pada Kontes Mobil Hemat Energi 2021. Selain itu didapatkan juga gaya  traksi  total  sebesar  330,21  N  yang  menyatakan  bahwa  mobil  Marapi  Evo  1  mampu  bermanuver dengan sangat baik ketika terjadi perubahan kecepatan.
Kata kunci : Sasis, Pengujian FEM, Pengjian Distribusi Gaya, Pengujian Traksi Total

## 1.  PENDAHULUAN
Tim  Marapi  Politeknik  Negeri  Padang  merupakan  sebuah  tim  mobil  prototype  mesin pembakaran  dalam  diesel  yang  mengikuti  Kontes  Mobil  Hemat  Energi  (KMHE).  Perlombaan  tersebut merupakan  perlombaan mobil  hemat  energi  yang  diadakan  oleh  Pusat  Prestasi  Nasional.  Pada  tahun 2021  yang  diselenggarakan  di  Universitas  Negeri  Surabaya.  Pada  kontes  tersebut Tim Marapi  berhasil menyabet  2  piala  sekaligus  yaitu  juara  1 kategori  eco  fun  race  dan  juara  2  kategori  portotype  diesel. Mobil  marapi  evo  1  didesain,  disimulasi  dan  dibuat  sendiri  oleh  mahasiswa-mahasiswi  JurusanTeknik Mesin Politeknik Negeri Padang.
Dalam pembuatan mobil hemat energi ada beberapa bagian yang perlu diperhatikan. Beberapa diantaranya adalahDiesel Motor, Drive Train, Aerodynamics of Body, Vehicle Stability and Weight of Car. Stabilitas  kendaraan  dan  berat  kendaraan  merupakan  aspek  yang  penting  untuk  menjuarai  kompetisi tersebut. Sasis atau rangka adalah tempat melekatnya semua komponen yang ada pada kendaraan [1]. Sasis yang  digunakan  pada  kendaraan  harus  kuat,  ringan,  kokoh  dan  tahan  terhadap  goncangan  yang diterima  dari  situasi jalan.  Sasis  memiliki  beberapa  jenis  yaitu ladder  frame,  tubular  space  frame, aluminium space frame, backbone chassis, dan monocoque [2]. Sasis merupakan hal terpenting dalam hal stabilitas sebuah kendaraan. Selain harus  mampu  menopang  semua  beban  yang ada pada kendaraan, chassis juga harus mampu melindungi pengendara apabila terjadi kecelakaan.
Pada  proses  perancangan  sasis,  perlu  diperhatikan  perhitungan  untuk  pembebanan  statis  atau dinamis.  Maka  dari  itu  penting  untuk  mengetahui  analisis  kekakuan  sasis  menggunakan software , distribusi gaya, dan traksi total pada sasis itu sendiri.
Untuk itu pemilihan material yang digunakan harus disesuaikan agar menghasilkan sasis yang ringan  dan  kuat. Ladder  frame adalah  sasis  yang  tertua  dan  banyak  digunakan  khusunya  untuk kendaraan berbeban berat (heavy duty ). Sasis ini biasanya terbuat dari material baja simetris atau model balok.  Untuk  beberapa  desain  kadang  kala ladder  frame diberi  perkuatan  besi  menyilang  agar  tetap menjaga kekakuan strukturnya. Untuk bahan utama sasis kami menggunakan alumunium  hollow, karena lebih kuat, biaya dan proses kerja yang lebih mudah. Material yang digunakan sangat ringan dengan tidak mengesampingkan  faktor  kekuatan  dan  keamanan  sasis  [3].  Untuk  lebih  jelasnya  bentuk  Desain  sasis Marapi evo 1 dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Desain Mobil Marapi Evo 1

## 2.  METODE PENELITIAN

## 2.1. Pengujian FEM Menggunakan ANSYS
Setelah  desain  sasis  selesai  maka  dilakukan  pengujian  menggunakan  FEM  untuk  mengetahui tingkat kekakuan sasis. Selain itu, perhitungan terhadap gaya-gaya yang bekerja pada sasis juga dilakukan. Hal ini sangat penting karena dapat membantu menganalisis pendistribusian beban yang ditanggung oleh sasis. Proses simulasi tegangan pada objek sasis dimulai dengan membuat sebuah model/part yang akan dianalisa,  memilih  material  untuk  model/part,  mengatur  kekasaran/kehalusan mesh ,  memberi  beban ( load ) berupa gaya ( force ), memberi tumpuan ( constraint ) berupa fixed constraint , menjalankan analisa tegangan, dan menvisualisasi hasil dan animasinya [4].

## 2.2. Analisis Distribusi Gaya
Dalam  merencanakan  loyout  beban  pada  mobil  MARAPI  EVO  1,  kami  melakukan  analisis pendistribusian  beban.  Hal  ini  ditunjukan  agar  roda  mendapatkan  beban  yang  setara.  Pendistribusian beban  yang  efisien  disetiap  roda  tentunya  membatu  mengurangi  gaya  gelinding  roda.  Metode  ini dilakukan dengan membagi sasis menjadi beberapa potongan dan melihat hubungan yang terjadi akibat pembebanan.

## 2.3  Analisis Traksi Total
Mobil MARAPI EVO 1 dirancang memiliki  traksi yang bagus. Traksi menjadi poin yang penting untuk diperhitugkan karena berpengaruhpada saat mobil bermanuver , berbelok atau menikung tajam. Pada  setiap  percepatan,  gaya  traksi  harus  seimbang  dengan  jumlah  semua  gaya  tahanan.  Daya  traksi adalah  gaya  traksi  dikalikan  dengan  kecepatan  kendaraan,  dan  kendaraan  kecepatan  harus  diperbarui terus menerus.
F trac  =  F drag  +  F rr  +  F grad  +  F inertia                                                                   (1)
Untuk mendapatkan nilai traksi total mobil Marapi Evo 1, berikut dijabarkan beberapa gaya yang harus di analisis.
a. Rolling resistance force
Rolling resistance atau tahanan gelinding adalah tahanan pada gerak roda kendaraan di atas permukaan tanah.  Faktor – 19eraka  yang  menentukan rolling  resistance adalah  diameter  ban,  lebar  ban,  tekanan ban. Rolling  resistance merupakan  tahanan  terhadap  roda  yang  akan  dan  telah  menggelinding akibat adanya gaya gesekan antara roda dengan permukaan jalannya roda [5]. Pada dasarnya, rolling resistance adalah momen yang digunakan roda untuk melawan arah 19erakan, setara dengan gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan roda bergerak maju  [6].  Kami melakukan pengujian  rolling resistance force pada mobilMarapi  Evo  1  dengan  menggunakan  koefisien  permukaan  pada  aspal  yaitu  0,0151.  Untuk menemukan nilai rolling resistance digunakan persamaan berikut:
Rr  =  fr.w                                                                                                                                 (2)
b. Gravitational force
Gaya  gravitasi  adalah  fungsi  massa  kendaraan  (m),  gravitasi  (g),  dan  sudut  kemiringan  bukit.  Maka digunakan persamaan berikut:
F grad  =  m.g.sin( θ )                                                                                                                 (3)
c. Momen Inersia
Momen inersia berperan dalam dinamika rotasi seperti massa dalam dinamika dasar dan menentukan hubungan antara momentum sudut.
-Vt 2 =  Vo 2 -  2 x a x s                                                                                                                (4)
Setelah didapatkan percepatan maka momen inersia dapat dihitung dengan persamaan berikut:
F inertia  =  m . a                                                                                                                         (5)

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Pengujian FEM Menggunakan ANSYS
Setelah  desain  sasis  selesai  maka  dilakukan  pengujian  menggunakan  FEM  untuk  mengetahui tingkat kekakuan sasis. Berikut hasil pengujian desain sasis sebagaimana dapat dilihat pada pada Gambar 2.
Gambar 2. Pengujian Displacement
Distribusi  tegangan  statik  dan  tegangan  maksimum  yang  terjadi  pada  setiap  pembebanan dengan  cara melakukan  analisis  menggunakan software  autodesk  inventor [7]. Finite  Element  Method (FEM),  alat  yang  paling berguna  dalam  analisis  numerik  karena  keuntungan  yang  diberikannya.  Telah banyak pengaplikasian yang bisa diselesaikan pada bidang spesifik seperti analisis tegangan, termal, dan vibrasi  biasanya  disebut sebagai  Finite  Element  Analysis (FEA)  [8].  Dari  hasil displacement maksimal  yang terjadi pada konstruksi tiap-tiap sub pengujian dilakukan bisa dilihat pada perbedaan warna rangka chassis dariwarna  biru  sampai  berubah  menjadi  merah.  Bagian  yang  masih  berwarna  biruadalah  bagian  yang paling  sedikit  mengalami displacement dan  bagian  yang  paling  berwarna  merah  adalah  yang  paling banyak  mengalami displacement .  Bagian  displacement  yang  ditujukan  pada  kontruksi  sub  tiap-tiap pengujian sangat kecil.

## 3.2 Analisis Distribusi Gaya
a.   Perancangan layout beban kendaraan dan analisis pendistribusian beban Dalam  merencanakan loyout beban  pada  mobil  MARAPI  EVO  1,  dilakukan  analisis  pendistribusian beban. Pengujian yang dilakukan adalah simulasi pembebanan statik. Pengujian ini menggunakan salah satu perangkat lunak desain yaitu Autodesk Inventor yang fungsinya untuk mengukur kemampuan sasis sehingga nantinya didapatkan batasan aman bagi penumpang untuk menghindari hal yang tidak diingink [9]. Untuk itu, berikut spesifikasi sasis dan beban dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi sasis dan beban KETERANGAN UKURAN Jarak roda depan ke tempat duduk pengemudi 800 mm Jarak roda depan ke roll bar 1100 mm Jarak roda depan ke penampang mesin bagian depan 1200 mm Jarak roda depan ke penampang mesin bagian belakang 1300 mm Jarak roda depan ke roda belakang 2000 mm Beban pengemudi 500 N Beban yang diterima roll bar 700 N Beban mesin bagian depan 175N Beban mesin bagian belakang 175 N
Untuk  melakukan  pengujian  pada  sasis  mobil  MARAPI  EVO  1  dilakukan  pengujian  dengan  distribusi beban statis seperti dapat dilihat pada Gambar 3.
∑fy =0 0 = Ra + Rb -250 -350 -87,5-87,5 Ra + Rb = 775 N ∑Ma = 0 (250x800) + (350x1100) + (87,5x1200) +(87,5x1300) + (Rbx2000) Rb = 401,751 N Ra + Rb = 775N Ra = 775 – 401,751N Ra = 373,125 N
• Potongan  1(  0 ≤x≤800)  dari  roda  depan  ke  tempat  duduk  pengemudi,  lebih  jelasnya  dapat  dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Diagram benda bebas potongan 1
∑fy = 0 Ra – v = 0 Ra = v v = 373,125 N m ∑Ma = 0 v.x-m =0 m = v.x m = 373,125 x M →x0 = 0 N mm M→x800 = 298.500 N mm
• Potongan  2  (800  mm≤x≤1100  mm)  dari  roda  depan  ke roll  bar ,  lebih  jelasnya  dapat  dilihat  pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram Benda Bebas Potongan 2
∑fy = 0 373,125 N-250 N- v=0 v = 123,125 N ∑Ma =0 (250x800)+v.x -M= 0 M= 200.000+123,125.x M →x800 = 298.500 N mm M→x1100 = 335.437,5 N mm
• Potongan 3 (1100 mm ≤x≤1200 mm) dari roda depan ke penampang mesin bagian depan, lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Diagram Benda Bebas Potongan 3
∑Fy = 0 373,125 -250-350-v=0 v= -226,875N ∑Ma =0 (250x800) + (350x1100) +v.xm=0 m = 585000 - 226,875 x M→x1100 = 335.437,5 N mm M →x1200 = 312.750 N mm
• Potongan  4  (1200  mm ≤x≤1300 mm)  dari  roda  depan  ke  penampang  mesin  bagian  belakang, lebih   jelasnya dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Diagram Benda Bebas Potongan 4 ∑Fy = 0 373,125 -250-350-87,5-v=0v= -314,375N ∑Ma = 0 (250x800) + (350x1100) +(87,5x1200)+v.x-m = 0 m = 690.000 – 314,375N X m →x1200 = 312.750N mm m→x1300 = 281.312,5 N mm
• Potongan 5 (1300 mm ≤x≤2000 mm) dari roda depan ke roda belakang, lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Diagram Benda Bebas Potongan 5 ∑Fy = 0 373,125 -250-350-87,5-87,5-v= 0v= - 401,875N ∑Ma =0 (250x800) + (350x1100) +(87,5x1200) +(87,5x1300)+v.x-m= 0 m = -401,875N X m→x1300 = 281.312,5 N mm m →x2000 = 0 N mm

## 3.3 Analisis Traksi Total
a) Rolling resistance force
Untuk menemukan nilai rolling resistance digunakan persamaan sebagai berikut : Rr = fr . W = fr . m . g Rr = 0,015 x 130kg x9,8 m/s² Rr = 19,11 N
b) Gravitational force
Parameter  yang  digunakan  untuk  menentukan  nilai gravitational  force yaitu  massa  benda  130  kg, gravitasi 9,8m/s 2 ,  sudut  yang  ditentukan  sesuai  aturan  KMHE  2021  adalah  11,3 o .  Maka  digunakan persamaan berikut : F grad = m.g.sin(θ) F grad = 130 kg x 9,8 m/s 2 x sin 11,3 o F grad = 249,63 N
c) Momen Inersia
Gaya inersia merupakan fungsi massa kendaraan (sebesar 130 kg ), dan percepatan (a) dihitung terlebih dahulu. Pengujian kendaraan pada jarak 150 m  membutuhkan waktu 18,75 detik sehingga percepatan
dapat dihitung dengan persamaan berikut:
-Vt 2 = Vo 2 – 2 x a x s 0 = (8 m/s) 2 – 2 x a x 150ma = 64 m/s/150m a = 0,426 m/s 2
Setelah didapatkan percepatan maka momen inersia dapat dihitung dengan persamaan  berikut: F inertia = m.a F inertia = 130 kg x 0,426 m/s 2 F inertia = 55,38 N
d) Traction force
Setelah melakukan analisis pada setiap gaya yang bekerja pada sasis maka dapat ditentukan traksi total dengan persamaan berikut:
F trac = F drag + F rr + F grad + F inertia F trac = 6,096925 N + 19,11 N + 249,63 N + 55,38 N F trac = 330,216925 N
F traksi yang dimiliki sasis mobil Marapi Evo 1 sebesar 330,21 N untuk menahan beban 130 kg dan kecepatan 8m/s dinilai aman.

## 4. SIMPULAN
Setelah melakukan analisis dan pengujian kelayakan sasis mobil Marapi Evo 1 pada kontes mobil hemat energi 2021 dapat diyatakan bahwa desain sasis yang dibuat layak. Bahan sasis yang digunakan adalah  aluminium hollow dengan  panjang  2000  mm  dan  mampu  menahan  beban  lebih  dari  200  kg. Pemilihan bahan sasis tersebut berkenaan dengan tensile strenght alumunium hollow sebesar 90 Mpa. Pengujian  FEM  dengan menggunakan  ANSYS  dan  pengujian  gaya  statis  membuktikan  bahwa  sasis memiliki sifat yang tahan terhadap beban. Selain itu, hasil pengujian gaya traksi total sebesar  330,21N menyatakan bahwa mobil Marapi Evo 1 mampu bermanuver dengan sangat baik saat terjadi perubahan kecepatan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Isworo,  H.,  Ghofur,  A.,  Cahyono,  G.  R.,  &  Riadi,  J.  (2019).  Analisis  Dissplacement  pada  Chassis Mobil Listrik Wasaka. ELemen: Jurnal Teknik Mesin, 6(2), 94- 104. doi:10.34128/je.v6i2.103
[2] Fadila,  A.  (2013).  Analisis  Simulasi  Struktur  Chassis  Mobil  Mesin  USU  Berbahan  Besi  Struktur Terhadap Beban Statik dengan Menggunakan Perangkat Lunak ANSYS 14.5. Medan: Skripsi Tekn
[3] Hidayat, T., Nazaruddin, N., & Syafri, S. (2017). Perancangan dan Analisis Statik Chassis Kendaraan Shell Eco Marathon Tipe Urban Concept. Jom FTEKNIK, 4(2), 1-6.
[4] Laka,  O.,  Nazaruddin,  N.,  &  Syafri,  S.  (2018).  Perancangan  dan  Analisis  Statik  Sistem  Rangka Mobil Hemat Energi Asykar Hybrid Universitas Riau. Jom FTEKNIK, 5(2), 1-6.
[5] Abidin, Z., & Rama, B. R. (2015). Analisa Distribusi Tegangan dan Defleksi Connecting Rod Sepeda Motor 100 CC Menggunakan Metode Elemen Hingga. Jurnal Rekayasa Mesin, 15(1), 30-39.
[6] Juhala,  M.  2014.  Improving  Vehicle  Rolling  Resistance  and  Aerodynamics.  Aalto  university, Finland: Woodhead Publishing Limited.
[7] Taghavifar, Hamid. 2013. Investigating The Effect of Velocity, Inflation Pressure, And Vertical Load On Rolling Resistance Of A Radial Ply Tire. Journal of Terramechanics 50: 99 – 106.
[8] Budarma, K., Dantes, K. R., & Widyana, G. (2016). Analisis Komparatif Tegangan Statik pada Frame Ganesha  Electric  Vehicles  1.0  Generasi  1  Berbasis  Continous  Variable  Transmission  (CVT) Berbantuan  Software  ANSYS  14.5.  Jurnal  Jurursan  Pendidikan  Teknik  Mesin  (JJPTM),  4(1). doi:10.23887/jjtm.v4i1.8043
[9] Hendrawan,  M.  A.,  Purboputro,  P.  I.,  Saputro,  M.  A.,  &  Setiyadi, W.  (2018).  Perancangan  Chassis Mobil  Listrik Prototype  Ababil  dan  Simulasi Pembebanan  Statik  dengan Menggunakan  Solidworks Premium  2016.  The  7th  University  Research  Colloquium  2018  STIKES  PKU  Muhammadiyah Surakarta, 96-105.
[10] Akin J.E. (2009). Finite Element Analysis Concepts via Solidworks. Texas: Rice Universi