## Analisis Statis Desain Chassis Kendaraan Listrik 2 Penumpang
Deni Bagus Prasetya * , Wirawan Sumbodo dan Rizki Setiadi Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang (UNNES), Gunungpati, Semarang 50229
*E-mail:  dennybagus94@students.unnes.ac.id
Diajukan: 14-11-2023; Diterima: 13-12-2023; Dipublikasi: 22-12-2023

## Abstrak
Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan sebuah rancangan chassis kendaraan listrik yang aman dan nyaman. Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah  metode Research  And  Development ( R&D )  dengan  bantuan  perangkat lunak ( software ) yang mampu untuk pembuatan suatu model dalam bentuk gambar 3 dimensi, dalam hal ini software yang digunakan adalah Autodesk Inventor 2019 . Autodesk Inventor 2019 dapat menguji kontruksi chassis yang dapat mengetahui  nilai Von-Misses Stress , Displacement dan Safety Factor pada konstruksi  frame kendaraan  listrik. Dari hasil analisis perancangan chassis kendaraan listrik diperolehkan hasil pengujian yang dilakukan secara perhitungan komputer dimana angka dari tiap-tiap bagian yang diuji nilai safety factor sangat aman.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa desain chassis yang dibuat adalah jenis ladder frame yang dapat digunakan untuk kendaraan listrik 2 penumpang. Material yang digunakan dalam tahap penelitian adalah Besi Hollow ASTM A 500 yang  memiliki  nilai Von-misses stresses 5.52 x 10 7 Pa. Nilai Displacement 0.141 mm. Dan nilai Safety factor 4.875. Pada tahap fabrikasi di lapangan lebih memilih material Besi Hollow ASTM A 500 alasanya karena memiliki nilai yield  strength yang  tidak  jauh  dengan  material Steel  Aisi  1035. Dan  alasan  lainya  yaitu  karena  Besi Hollow ASTM A 500 memiliki nilai safety factor yang sudah di atas angka 4.
Kata kunci: Analisis Tegangan Statis; Design; Chassis Ladder Frame; Kendaraan Listrik

## Abstract
The  aim  of  this  research  is  to  obtain  a  safe  and comfortable  electric  vehicle  chassis  design.  The  research  method used is the Research and Development (R&D) method with the help of software which is capable of creating a model in  the form of  a 3-dimensional  image, in  this case the software used is Autodesk Inventor 2019. Autodesk Inventor 2019 can test the chassis construction. can find out the value of Von-Misses Stress, Displacement and Safety Factor in electric vehicle frame construction. From the results of the analysis of electric vehicle chassis design, test results were  obtained  using  computer  calculations  where  the  numbers  for  each  part  tested  had  very  safe  safety  factor values.
The  results  of  this  research  show  that  the  chassis  design  created  is  a  ladder  frame  type  that  can  be  used  for  2- passenger electric vehicles. The material used in the research stage was ASTM A 500 Hollow Iron which has a Von- misses  stress  value  of  5.52  x  107  Pa.  Displacement  value  0.141  mm.  And  the  Safety  factor  value  is  4,875.  At  the fabrication stage in the field, we prefer ASTM A 500 Hollow Iron material because it has a yield strength value that is not far from that of Aisi 1035 Steel material. And another reason is because ASTM A 500 Hollow Iron has a safety factor value that is above 4.

## Keywords: Static Stress Analysis; Design; Chassis Ladder Frame; Electric Vehicle

## 1. Pendahuluan
Transportasi  adalah  perpindahan  manusia  atau  barang  dari  satu  ke  tempat  lainya  dengan  menggunakan  sebuah kendaraan yang digerakan oleh mesin ataupun manusia. Transportasi, baik publik maupun pribadi telah menjadi bagian yang penting dari kehidupan kita sehari-hari [1]. Salah satu bentuk transportasi adalah kendaraan mobil. Pada umumnya kendaraan mobil menggunakan mesin pembakaran dalam. Mesin pembakaran dalam ini mempunyai kelemahan polusi udara  yang  dihasilkan.  Pada  perkembangannya  kendaraan  mobil  telah  menggunakan  teknologi  listrik  untuk meminimalkan polusi udara  yang dihasilkan.  Kendaraan  listrik adalah kendaraan  yang digerakan dengan  motor listrik dengan  menggunakan  energi  listrik  yang  disimpan  dalam  baterai.  Penggunaan  kendaraan  listrik  dirasa  sangat  efektif selain tidak menimbulkan polusi udara dan kontruksi mesin yang lebih sederhana.
Setiap  kendaraan  mobil  pastinya  memiliki  sebuah chassis.  Chassis adalah  berasal  dari  istilah  Perancis  yang digunakan  untuk  berkonotasi  pada  bagian  rangka  atau  struktur  dasar  kendaraan. chassis dianggap  sebagai  salah  satu struktur  paling  signifikan  dari  sebuah  mobil  [2].  Pernyataan  tersebut  juga  di  perkuat  dengan  pernyataan Chassis merupakan  bagian  terpenting  dari  kendaraan  apapun  [3].  Peran    utamanya    adalah  menyediakan  kendaraan  dengan struktur utama di  mana semua komponen  lainnya dapat diperbaiki. Chassis merupakan  bagian  yang sangat terpenting karena  berfungsi  sebagai tempat tumpuan utama body dan komponen  lain pada kendaraan [4]. Pendapat tersebut juga diperkuat  dengan  pernyataan chassis adalah  bagian  terpenting  pada  kendaraan  (tulang  punggung)  yang  harus mempunyai kekuatan untuk menahan semua beban [5].
Pada  kendaraan  listrik  memiliki  beberapa  jenis chassis tergantung  pada  jenis  kendaraan  dan  kegunaannya.  Jenis chassis yang  sering  digunakan  kendaraan  listrik  adalah chassis ladder  frame yaitu  dua  batangan  panjang  yang menyokong  kendaraan  dan  menyediakan  dukungan  yang  kuat  dari  berat  beban  dan  umumnya  berdasarkan  desain angkut. Chassis pada  kendaraan  mobil  merupakan  komponen  utama  dan  sangat  penting,  dimana chassis ini  memiliki beban berat seperti axle , kemudi untuk mengatur arah kendaraan, roda, ban dan rem untuk menghentikan kendaraan saat berjalan  [6].  Menentukan pembebanan pada chassis merupakan  faktor yang paling utama dalam  mengetahui kekuatan chassis .  Pembebanan  yang  lebih  besar  akan  menyebabkan chassis mudah  mengalami fatigue dan  akan  mempercepat umur chassis .  Oleh  karena  itu  menentukan  material  yang  digunakan  dan  analisis  struktur  yang  merupakan  hal  utama dari kekokohan mobil listrik.
Hal  utama  dalam  perancangan  yang  perlu  di  perhatikan  adalah  mengenai  keselamatan  atau safety  factor dari komponen  tersebut  sebelum  mendiskusikan  mengenai  performa  atau  kualitas  komponen  yang  digunakan  [7].  Pada perancangan safety factor ada beberapa  hal  yang  harus diperhatikan seperti data material, posisi pembebanan,  metode pengukuran  dan  lain-lain.  Pada chassis bagian  bawah  ( main  frame )  dipilih  karena  banyaknya  komponen  dan pembebanan  lainnya  yang  jika  dilakukan  pengubahan  konstruksi  akan  menyebabkan  distribusi  beban  berubah.  Maka dari itu chassis harus tahan terhadap goncangan, puntiran, getaran, dan tekanan lainnya untuk memberikan kenyamanan dan keamanan bagi penumpang kendaraan [8].
Pada penelitian ini  bertujuan untuk mengurangi polusi udara dengan cara mengurangi pembakaran pada mesin dan menggunakan  mobil  listrik. Chassis yang  cocok  dalam  pembuatan  mobil  listrik  2  penumpang  adalah chassis Ladder Frame .  Jenis chassis ini  merupakan  jenis  yang  lebih  mudah  dan  kokoh  ketika  di  produksi.  Tak  hanya  itu,  kontruksi ladder  frame juga  memberikan ground  clearance (dimensi  kolong  mobil)  lebih  tinggi  serta  lebih  fleksibel  dan  kuat untuk  menahan  beban. Software yang  dipakai  untuk  membuat  desain  3  dimensinya  adalah Autodesk  Inventor  2019 dikarenakan  mudah  dalam  pengoperasiannya,  banyak  referensi  dan  sudah  terintegrasi  dengan software  CAD lainnya seperti Catia, Solidwork dan Auto CAD .

## 2. Material dan metodologi
Material yang dipilih dalam analisis harus mampu  bertahan terhadap kondisi lingkungan [9]. Kemudian pernyataan tersebut juga diperkuat  dengan pernyataan Chassis akan  mengalami  berbagai  jenis gaya  selama  bergerak, dan chassis harus tetap utuh dan seharusnya menjadi kaku untuk menyerap getaran, juga harus menahan suhu tinggi [10]. Pemilihan material chassis adalah  hal  yang  paling  penting  pada  saat  merancang  sebuah  kendaraan.  Salah  satu  hal  yang  penting dalam  perancangan  kendaraan  adalah  memilih  material  yang  tepat  sesuai  dengan  tujuan  konstruksi  kendaraan. Pemilihan material yang tepat akan membuat konstruksi sebuah komponen menjadi lebih baik. Steel AISI dalam segala bentuk adalah material yang paling banyak digunakan dalam pembuatan chassis kendaraan, tetapi dalam beberapa tahun terakhir mulai ada  material  lain  yang digunakan. Jadi  material  yang digunakan sebagai  bahan perbandingan penelitian
ini adalah material steel AISI 1035 [11], material besi hollow ASTM A 500 [12] , material aluminium alloy AA 6063-T6
[13] dan [14] dengan spesifikasi terlihat pada tabel 1.
Gambar  1. Desain Chassis Ladder Frame

## Tabel 1. Material Properties
Nama Material Modulus young Yield strength Ultimate strength        Density Steel AISI 1035 120.52 GPa 370 MPa 585 MPa 7.86109 g/cm 3 Besi Hollow ASTM A 500 120.52 GPa 268.896 MPa 310.264 MPa 7.86109 g/cm 3 Aluminium Alloy AA 6063-T6 67.9823 GPa 169.67 MPa 214.8 MPa 2.7 g/cm 3
Tabel 2. Detail Desain Chassis Ladder Frame No Material dan Dimensi Spesifikasi 1. Material Steel AISI 1035 , Besi Hollow ASTM A 500 dan Aluminium Alloy AA 6063-T6 2. Rectangular Long member 80x40x4 mm 3. Square Cross Member 40x40x4 mm 4. Square Body Kendaraan 20x20x2 mm 5. Panjang 2900,00 mm 6. Lebar 900,00 mm Tabel 3. Pembebanan pada Chassis Beban Komponen Beban F1 Dudukan Steering 60 N F2 Dudukan Kemudi 20 N F3 Dudukan Sock Absorber 100 N F4 Dudukan Baterai 350 N F5 Dudukan Jok dan Penumpang 1570 N F6 Dudukan Body Kendaraan 389,8 N
Jenis penelitian  ini  menggunakan  jenis Research and Development ( RD) dengan  model pengembangan simulasi.
Metode  jenis  penelitian  dan  pengembangan  ( Reseach  and  Development )  adalah  metode  penelitian  yang  digunakan untuk menghasilkan sebuah perancangan, dimana dalam perancangan tersebut mengetahui sebuah rancangan yang akan diuji. Diagram alir penelitian ditunjukan pada Gambar 2.
F6 F1 F2 F6 F6 F5 F6 F6 F3 F4 F6
Gambar  2. Diagram Alir Penelitian

## 3. Hasil dan pembahasan
Penelitian  dilakukan  dengan  mendesain  dan  mensimulasikan  tegangan von  mises  stress,  displacement dan safety factor pada chassis untuk  mengetahui  tingkat  keamanannya.  Dari  desain  yang  telah  dibuat chassis dapat  digunakan untuk  menampung  2  orang  penumpang  dan  komponen  pendukung  pada  kendaraan.  Desain chassis ditunjukkan  pada Gambar 3.
Mulai
Studi Literatur (Pengumpulan Data dan Rumusan Masalah)
Pendesainan Chassis dan Penyesuaian Dimensi Menggunakan Autodesk Inventor Profesional 2019
- Perencanaan dan keterangan chassis
- Perancangan konsep chassis
- Perancangan bentuk chassis
- Perancangan detail chassis
Hasil Simulasi Von Misses Stress,
Displacement dan Safety Factor - Input Data Material
- Properties, Constraints
- Contact, Mesh dan Loads A A SF ≥ 4 Hasil Analisis dan Pembahasan Selesai Ya Tidak Simulasi Menggunakan Stress Analysis Kesimpulan dan Saran
Tabel 4. Hasil Stress Analysis pada Desain Chassis Ladder Frame
Material Von Misses Stress Displacement Safety Factor steel AISI 1035 Minimum Minimum Minimum 0,175 Pa 0 mm 6,689 Maksimum Maksimum Maksimum 5.53 x 10 7 Pa 0,141 mm 15 Besi Hollow ASTM A 500 Minimum Minimum Minimum 0,162 Pa 0 mm 4,875 Maksimum Maksimum Maksimum 5.52 x 10 7 Pa 0,141 mm 15 Aluminium Alloy AA 6063-T6 Minimum Minimum Minimum 0,217 Pa 0 mm 3,067 Maksimum Maksimum Maksimum 5.53 x 10 7 Pa 0,250 mm 15 Jenis Chassis Ladder Frame Dimensi Chassis P = 2900,00 mm L = 900,00 mm T = 445,00 mm
Nila safety factor untuk material Besi Hollow ASTM A 500 lebih rendah dari nilai safety factor pada material Steel AISI 1035 karena yield strength yang lebih rendah. Namun Besi Hollow ASTM A 500 telah mencapai safety factor sudah di atas angka 4, sehingga sudah dapat digunakan sebagai  bahan untuk struktur chassis ladder frame . Kemudian untuk material Aluminium Alloy AA 6063-T6 belum layak dipakai karena memiliki nilai safety factor masih di bawah angka 4.
Desain chassis  ladder  frame untuk  penelitian  ini  dapat  dirancang  dengan  sistem  kemudi  dengan  jenis rack  and pinion , suspensi depan berjenis Mac Pherson , pegas belakang dengan menggunakan jenis pegas daun dan menggunakan sock  absorber yang  digunakan  sebagai  peredam  dan  penggerak  motor  listrik.  Validasi  desain  digunakan  untuk menentukan  nilai  persentase  perbedaan  antara  perhitungan  yang  dilakukan  dengan  menggunakan  komputer  dan perhitungan menggunakan rumus manual.
𝑆𝑓 = 𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑉𝑜𝑛 𝑀𝑖𝑠𝑠𝑒𝑠 (1)
Tabel 4. Hasil Stress Analysis pada Desain Chassis Ladder Frame Material Hasil Safety Factor Presentase (%) Komputasi Manual steel AISI 1035 6,689 6,689 5% Besi Hollow ASTM A 500 4,875 4,875 5% Aluminium Alloy AA 6063-T6 3,067 3,067 5%
Analisis material Steel AISI 1035 menggunakan perangkat lunak Autodesk Inventor 2019 menunjukan safety factor sebesar  6,689,  sedangkan safety  factor diperhitungan  manual  sebesar 𝟔, 𝟔𝟖𝟗 .  Dari  hasil  ini,  dapat  melihat  bahwa kesalahanya  (nilai error )  kurang  dari  5%.  Tingkat  kesalahanya  untuk  penelitian  ini  kurang  dari  5%  dinyatakan  masih pada batas wajar [15].
Analisis  material  Besi Hollow ASTM  A  500  menggunakan  perangkat  lunak Autodesk  Inventor  2019 menunjukan data safety factor besarnya 4,875, sedangkan safety factor di perhitungan manual besarnya 4,875 . Dari hasil ini, dapat melihat  bahwa  kesalahanya  (nilai error )  kurang  dari  5%.  Tingkat  kesalahanya  untuk  penelitian  ini  kurang  dari  5% terbilang masih pada batas yang wajar.
Analisis  material  Aluminium Alloy AA  6063-T6  menggunakan  perangkat  lunak Autodesk  Inventor  2019 menunjukan data safety factor besarnya 3,067, sedangkan safety factor di perhitungan manual sebesar 3,067 . Dari hasil ini, dapat melihat bahwa kesalahanya (nilai error ) kurang dari 5%. Tingkat kesalahanya untuk penelitian ini kurang dari 5% masih bisa dinyatakan dalam batas yang wajar.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang dilakukan untuk merancang dan menganalis kekuatan chassis ladder frame kendaraan listrik  dua  penumpang  maka  ditarik  kesimpulan  sebagai  berikut:  Jenis chassis yang  digunakan  adalah  tipe chassis ladder  frame dengan  spesifikasi  panjang chassis 2900,00  mm,  lebar chassis depan  615,00  mm,  lebar chassis tengah 900,00  mm,  lebar chassis belakang  900,00  mm,  jarak  sumbu  roda  1900,00  mm  dan  sebuah  persegi  panjang  bagian samping 80x40x4 mm, square cross member 40x40x4 mm dan rangka bodi 20x20x2 mm. Kontruksi chassis ini dapat digunakan untuk chassis kendaraan listrik dua penumpang Chassis Ladder Frame pada tahap hasil penelitian memiliki tegangan Von Misses dengan  nilai  minimum  material Besi Hollow ASTM A 500 adalah 0,162 Pa dan nilai  maksimum 5.52 x 10 7 Pa. Nilai Displacement minimumnya 0 mm, dan nilai Safety Factor minimumnya 4,875.

## Daftar Pustaka
[1] Chinnamaddaiah,  K.,  Y.  Lakshmipathi.,  P.  R.  Raju  dan  S.  B.  Modelling  and  Structural  Aanalysis  of  a  Go-Kart Vehicle Chassis Frame.  International  Journal  of  Mechanical  Engineering  and  Technology  (IJMET).  2017.  8(6): 305-311.
[2] Rastogi,  S.,  dan  L.  P.  Singh.  Structural,  Material  and  Modal  Analysis  of  Ashok  Leyland  2516  Model  Truck Chassis using ANSYS 14.0. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2019. 6(8): 226-233.
[3] S, A. B., B. R. V., A. D dan  A. A. Design and  Analysis of Space  Frame Chasis  for Formula Student Race Car. International Journal of Engineering Research  Technology (IJERT). 2018. 7(6): 1-5.
[4] Roby,  D.  W.  Utama  dan  N.  Eddy.  Optimasi  Massa  Rangka  Kendaraan  Elektrik  Pengangkut  Sampah  Dengan Simulasi Metode Elemen Hingga. POROS. 2014. 12(1): 66–73.
[5] Mulyanto,  S.,  W.  Anhar.,  N.  Huda  dan  A.  Susanto.  Rancang  Bangun  Chasis  Kendaraan  Hemat  Energi  Satu Silinder. Jurnal Polimesin. 2021. 19(1): 69–73.
[6] Isworo,  H.,  A.  Ghofur.,  G.  R.  Cahyono  dan  J.  R.  S.  Analisis  Displacement  pada Chassis Mobil  Listrik  Wasaka. Jurnal Teknik Mesin. 2019. 6(2): 94-104.
[7] Nur, R. dan M. A. Suyuti. Perancangan Mesin-Mesin Industri. Yogyakarta: Deepublish Publisher. 2017.
[8] Goel, G., R. Garg., T. Ranjan., P. Soni dan B. P. Structural and Modal Analysis of a Ladder Frame Chassis . ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. 11(23): 13599-13603.
[9] Sandeep,  M.,  P.  J.  Kumar  dan  A.  Abinay.  Design,  Analysis  and  Fabrication  of  Ecokart Chassis Frame. International  Journal  of  Mechanical  and  Production  Engineering  Research  and  Development  (IJMPERD).  2018. 8(6): 905-926.
[10] P,  P.  K.  Prajwal.  M.,  V.  Muralidharan  dan  G.  Madhusudhana.  Design  and  Analysis  of  a  Turbular  Space  Frame Chassis of  a  High  Performance  Race  Car.  IJRET:  International  Journal  of  Research  in  Engineering  and Technology. 2014. 3(2): 497-501.
[11] A, D. I., M. K., A. A. O dan A. T. M. Investigating the Quality and Conformity of Carbon Steel AISI 1035 under Varying  Heat  Treatment  Conditions.  2nd  International  Conference  on  Sustainable  Materials  Processing  and Manufacturing (SMPM 2019). 2019. 1111-1116.
[12] Purnomo, A., Y, Burhanuddin dan S. Harun. Perancangan dan Pembuatan Struktur Mekanik Sistem Inspeksi Visi. Jurnal FEMA. 2014. 2(1): 52-57.
[13] Yahya,  M.  M.,  N.  Mallik  dan  I.  Chakrabarty.  Life  Prediction  of  Low  Cycle  Fatigue  Behavior  in  Rotating Cantilever Beam of Al- alloy AA 6063-T6 at Room Temperature. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2018. 5(11): 95-103.
[14] Anonim.  Alloy Data Sheet En-Aw 6063 [AIMg0.7Si] (Type:  General extrusion  alloy). Utrecht:  Hunter Douglas Company (2). 2017.
[15] Sabardiyanto  dan  N.  Iskandar.  Analisis  Mekanik  Screw  Conveyor  Tubular  Diameter  200  mm  dengan  Autodesk Inventor. Jurnal Teknik Mesin. 2016. 4(2): 178-186.