## CAKRAM
Jurnal Teknik Mesin:

## OPTIMASI KARAKTERISTIK BAN PADA
KENDARAAN PENUMPANG UNTUK MENDUKUNG EFISIENSI DAYA PENGGERAK

## Moh Azizi Hakim, Ahmad Dimyati, Erik Heriana
Universitas Mathla’ul Anwar Banten
E-mail : zeehakim@gmail.com
Masuk : 9 Oktober 2020 Direvisi :  26 Februari 2021           Disetujui : 4 Maret 2021
Abstrak :  Sebuah  mobil  listrik  ini  didesain  mempunyai  panjang  2,5  meter,  lebar  1,6  meter  dan  berat kosong 770 kg memiliki 4 roda untuk kapasitas 4 penumpang berkisar 300 kg. Dengan mempertimbangkan isu aktual  yaitu  efisiensi  energi  dan  dampak  lingkungan,  faktor  paling  dominan  yang  dapat  memberikan  dampak terhadap  hal  tersebut  adalah  faktor  materialberupa  penggunaan  ban  kendaraan  sesuai  karakteristik  operasional melalui  optimasi  tekanan  ban,  beban  yang  diterima  ban  dan  diameter  ban,diharapkan  dapat  menurunkan kebutuhan  daya  penggerak  sekecil  mungkin.Beberapa  permasalahan  yang  mempengaruhi  spesifikasi  ban,  data dan analisis hasil optimasi daya penggerak dengan menggunakan eksperimen diperoleh hasil, yaitu pada tekanan ban  sebesar  241,316  kPa,  beban  yang  diterima  ban  310  kg,  dan  diameter  ban  520  mm,  diperoleh  efisiensi kebutuhan daya penggerak yang optimum sebesar 2323,978 watt
Kata kunci: tekanan ban, beban yang diterima ban, diameter ban
Abstract: An electric car is designed to have a length of 2.5 meters, a width of 1.6 meters and an empty weight  of 770  kg  has  4  wheels  for  a  capacity  of  4  passengers  ranging  from  300  kg.  By considering  the  actual issue of energy efficiency and environmental impact, the most dominant factor that can have an impact on it is the  material  factor  in  the  form  of  the  use  of  vehicle  tires  according  to  operational  characteristics,  through optimization  of  tire  pressure,  the  load  received  by  the  tire  and  tire  diameter,  expected  to  reduce  power requirements  the  smallest  drive  possible,  several  problems  that  affect  tire  specifications.From  the  data  and analysis  of  the  results  of  the optimization  of  the driving  force  using  experiments  obtained  results,  namely  at  a tire pressure of 241.316 kPa, the load received by the tire 310 kg, and a tire diameter of 520 mm, obtained the optimum efficiency of the driving force needs of 2323.978 watts.
Keywords: tire pressure, tire load, tire diameter .

## PENDAHULUAN
Ban merupakan bagian dari roda kendaraan yang bersentuhan langsung dengan permukaan jalan. Beban ban sangat berat karena sebagai tumpuan berat kendaraan dan muatannya. Membuat peranan ban sangat penting mengingat  fungsi  dan  kerjanya  menyangga  beban  keseluruhan  pada  kendaraan,  baik  beban  kosong  maupun beban  penuh/maksimal[1].  Ban  adalah  bagian  terpenting  dari  sebuah  kendaraan,  karena  ban  satu-satunya  yang mempunyai kontak langsung dengan permukaan jalan. Seiring berkembangnya jenis-jenis ban berbagai produsen ban pun bermunculan, mereka saling bersaing untuk menghasilkan ban yang berkualitas baik dari segi campuran bahan,  model  ban,  performa  maupun  kenyamanan  saat  digunakan.  Faktor  Komposisi  bahan  adalah  paling berpengaruh  langsung  terhadap  kualitas  yang  akan  dihasilkan.  Sampai  saat  ini  karet  masih  unsur  utama  dari sebuah  ban.  Hampir  semua  ban  merupakan  produk  karet.  Ini  karena  bahan  karet  tidak  cepat  menyerap  panas.
Bahan utama yang digunakan untuk pembuatan ban ini terdiri dari kawat untuk tepi ban (bead wire), kain ban (terbuat  dari  tekstile  dan  jalinan  kawat  baja),  karbon  hitam  (black  carbon),  sulfur  (belerang)  dan  kompon[2]. Karena permukaan jalan adalah besaran konstan yang tidak bisa diubah, maka untuk menaikkan koefisien gesek dengan 3 memperbaiki kualitas dari komposisi kompon ban. Dalam penelitian ini dibutuhkan variasi komposisi kompon yang dipadukan dengan sulfur dan karbon hitam untuk memperoleh hasil yang diinginkan[3]
Ban  adalah  komponen  yang  berpengaruh  besar  terhadap  kinerja  kendaraan,  komponen  utama  pada  ban adalah  karet  dan  sintetik  yang  diproduksi  dalam  bebrapa  tahaman  serta  uji  laboratorium  yang  sesuai  dengan standar  SNI.  Beberapa  karakter  yang  harus  dimiliki  oleh  ban  untuk  mencapai  standar  keselamatan  pada kendaraan.  Di  bawah  ini  adalah  karakteristik  ban  yang  harus  dimiliki  oleh  ban  yang  bersetandar  SNI,  tekanan ban  untuk  menopang  kendaraan  yang  sesuai  dengan  standar  SNI  dan  jenis  angin  yang  digunakan  untuk menahan  tekanan  beban  kendaraan[4].  Tekanan  angin  dan  tipe  ban  ( radial/bias )  yang  bersentuhan  langsung dengan jalan dan menahan guncangan yang besar sebelum suspensi, tipe radial yang paling baik untuk menahan guncangan  dari  pada  ban  bias.  Kawat-kawat  yang fleksible terbungkus carcass dan  dilapisi  oleh matriks dan kater  sitetis  untuk  memahan  guncangan  disetiap  sisi  dan  alas  ban.  Gaya-gaya  yang  diredam  oleh  ban mempengaruhi ketahanan kawat dan karet. Pada saat kondisi panas kelenturan ban akan terabaikan karena panas yang dihasilkan  oleh  pengereman  dan  traksi  putaran  ban melemahkan kawat  yang  melapisi  ban.  Maka dari  itu tekanan ban harus sesuai dengan karakteristik ban yang digunakan[5]. Selain itu ban juga dapat menerima gaya- gaya yang diberikan oleh mesin yang diteruskan oleh transmisi serta dterima oleh ban sebagai kinerja traksi dan pengereman  sangat  untuk  meneruskan  berpengaruh  dari  pattern  atau  alur  kembang  dari  ban  itu  sendiri[6]. Kekuatan  ban  atau  disebut Ply  rating adalah  inti  dari  kekuatan  ban,  dimana  semakin  banyak  serat  kawat  yang dipakai  oleh ban,  maka  semakin  kuat  menahan beban  kendaraan  yang  diperoleh.  banyak  lapisan  benang  katun ( carcass )  yang  membentuk  kerangka  ban  yang  didesain  sedemikian  rupa  untuk  menjaga  ketahanan  lapisan ban[7].
Gambar 1.  Ban menahan beban kendaraan [4]
Tahanan  gelinding( Rolling  Resistance) yang  terjadi  pada  ban  disebabkan  oleh  sifat hysterisis ban karena adanya defleksi dari ban. Akibat adanya defleksi ban pada saat rolling , dan sifat material ban yang tidak cepat  kembali  setelah  terdefleksi[8].  Sedangkan  koefisien  gesek  pada  berbagai  kondisi  jalan  tergantung  pada kecepatan kendaraan, tahanan gelindingadalah gaya yang bekerja berlawanan arah dengan arah gerak kendaraan yang sedang berjalan, bagian yang mengalami secara langsung adalah ban bagian luar, selain hal tersebut gaya hambatan yang timbul akan mengakibatkan terjadinya defleksi pada ban yang berputar[9]. Ban memiliki struktur yang  kompleks,  untuk  mengurangi  terjadinya rolling  resistance dimana  ketahanan  ban  sangat  diperlukan  untuk menjaga konsistensi traksi ban pada saat berjalan ( side wall ) maupun bentuk dan pola alas ban yang berpengaruh pada  saat  berputar  pada  jalan.  [10]  Ketahanan  ban  juga  dapat  mempengaruhi  efesiensi  bahan  bakar  dalam memilih  kontruksi  ban  sesuai  kondisi  jalan    ( crown )  ban  berkontribusisekitar  60%  dari rolling  resistance sehingga  tekanan  ban  ( inflation  pressure )  sangat  dibutuhkan  untuk  menjaga  kestabilan  dan  ketahanan  dan menghindari  panas  yang  dibangkitkan  oleh  pergerakan  telapak  ban  yang  akan  berakibat  meningkatkan rolling resistance [11]. Alur ban atau kembang ban mempengaruhi koefisien gesek antara ban dengan permukaan jalan, ini  akan  mengakibatkan  ketahanan  komponen  ban  terutama  lapisan  kawat  yang  terkena  panas  akibat  gesekan dengan permukaan jalan. Pemilihan kembang ban harus sesuai standar SNI bukan karena bentuk dan pola yang menarik. Hal tersebut akan mempengaruhi gesekan yang dihasilkan oleh permukaan jalan dan ban.  Kawat yang putus  dikarenakan  tidak  kuatnya  menahan  gaya  beban  kendaraan  dan  panas  dari  gesekan  akan  mempengaruhi pola bentuk ban yang akan menggelembung dan tidak rata [12].

## METODOLOGI
Pembahasan  mengenai  “Optimasi  Karakteristik  Ban  Pada  Kendaraan  Penumpang  Untuk  Mendukung Efisiensi Daya Penggerak, dilakukan dengan melakukan penelitian, dimulai dari beban yang ditopang oleh ban untuk mendapatkan efesiensi ukuran ban yang sesuai dengan karakter kendaraan. Dilihat dari tabel dibawah ini adalah  berat  kendaraan  dengan  komponen-komponen  kendaraan  sesuai  dengan  titik  pusat  kendaraan.
Pengumpulan dan pengolahan data yang nantinya akan dipergunakan dalam perhitungan empiris kebutuhan daya penggerak terkait dengan optimasi karakteristik ban.
Tabel 1 . Berat Komponen Kendaraan Nama Komponen m i (kg) x i (mm) y i (mm) z i (mm) m i . x i (kg.mm) m i . y i (kg.mm) m i . z i (kg.mm) Penumpang Depan 150 1166 0 652,27 174900 0 97840,5 Penumpang Belakang 150 2012,37 0 721,62 301855,5 0 108243 Motor Listrik, CVT, Coupling & Axle 50 32,66 0 518,06 1633 0 25903 Batrai, Konverter & Regulator 70 1862,19 0 330 130353,3 0 23100 Bagasi & Ban Cadangan 50 2503,16 0 634,02 125158 0 31701 Rangka & Body 300 1290 0 702,58 387000 0 210774 TOTAL 770 0 1120899,8 0 497561,5
Setelah  mengetahui  data-data  yang  diperoleh,  maka  dilakukan  pemilihan  ban  yang  sesuai  dengan kebutuhan  kendaraan  serta  tidak  menyampingkan  standarisasi  mengatur  keamanan  dan  kenyamanan  yang dikeluarkan  oleh  ECE  Regulasi  No  54  tentang  karakteristik  serta  kelenturan  ban.  Metode  yang  diambil  untuk mengetahui  kebutuhan  ban  yang  digunakan    kendaraan  maka  dilakukan  perhitungan  secara  matematis  untuk mengetahui keamanan dan kenyamanan yang di atur oleh ECE Regulasi No 54. Maka ada beberapa perhitungan yang harus dilakukan agar sesuai dengan kebutuhan kendaraan, diantaranya:
➢ Perhitungan berat yang ditanggung roda (Ws)
➢ Perhitungan koefisien rollling resistansi (Crr)
➢ Perhitungan nilai radial stiness (k)
➢ Perhitungan nilai hysteresis (h)
➢ Perhitungan deflleksi ban (d)
➢ Perhitungan area kontak ban (A)
➢ Perhitungan rolling resistansi (R)
➢ Perhitungan daya (P)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Selanjutnya  akan  dilaksanakan  pembahasan  “ Optimasi  Karakteristik  Ban  Pada  Kendaraan  Kategori M1, Untuk Mendukung Efisiensi Kebutuhan Daya Penggerak ” sesuai dengan alur penelitian yang dijelaskan di atas,  supaya  tujuan  dan  hasil  yang  diperoleh  mendapatkan  kesimpulan  yang  merujuk  dapa  standarisasi karakteristik  ban  yang  di  izinkan.  Desain  awal  kendaraan  yang  dipergunakan  adalah  kategori  kendaraan  M1, seperti gambar di bawah ini.

## 3.1 Berat yang ditanggung oleh suspensi dan roda
Berat yang ditanggung oleh suspensi dan roda (Ws) : [6]
(1)
1455,714
646,18
(2)
Berat yang ditanggung oleh Suspensidan Roda bagian depan (wf) : [13]
L = 2450 a= 1455,7
b = 994,3
A B Gambar 3. Titik Berat Kendaraan Momen pada titik B : ............ ......... (3)
Berat yang ditanggung oleh masing – masing roda depan
adalah : ................ ...      . (4)

## 3.2 Coefficient rolling resistance terhadap tekanan ban
Tahanan gulir ( Frr ) , dimana perubahan tekanan ban merupakan parameter yang mempengaruhi operasiban ketika  tekanan  ban  berubah  akan  mempengaruhi  tahanan  gulir  ban,  hubungan  yang  dipergunakan  antara  gaya tahanan gelinding ( Frr ) terhadap tekanan ban ( Pr ) dapat dinyatakan sebagai berikut: [7]
(5) W d W r W f
dimana :
Perhitungan tahanan gulir (rolling resistance) adalah sebagai berikut:
.
.(6)
Dimana :
Tabel 2. Pengaruh tekanan ban terhadap coefficient rollling resistance
Gambar 4. Pengaruh tekanan ban terhadapcoefficient rollling resistance [7]

## 3.3  Coefficientrolling resistance terhadap beban ban
Dalam hubungan ini menunjukkan bahwa rolling resistance adalah berbanding lurus dengan beban W, yaitu :
. (7)
dimana:
.)
Tekanan ban (kPa) Coefficient rollling resistance 206,843 63,590 227,527 60,764 241,316 59,082
Tabel 3.Pengaruh beban yang diterima ban terhadap Coefficient rollling resistance
Beban yang diterima ban (kg) Coefficient rollling resistance 310 3,1 325 3,25 335 3,35
Gambar 5. Pengaruh beban yang diterima ban terhadapcoefficient rollling resistance [7]

## 3.4 Coefficient rolling resistance terhadap diameter ban
Untuk mendapat hubungan rolling resistance terhadap diameter ban, dicari dengan hubungan di bawah ini, dimana dengan berubahnya diameter ban akan mempengaruhi nilai k (radial stiffness) [8].
(8)
dimana:
Nilai k (radial stiffness) akan mempengaruhi besaran dari nilai hysteresis , dimana dapat dicari dengan hubungan  sebagai berikut :
.............
. (9)
dimana:
Perubahan  diameter  ban  tentunya  akan  berpengaruh  terhadap  defleksi  ban,  dimana  dapat  dinyatakan pada hubungan sebagai berikut:
(10)
dimana:
Perhitungan area kontak ban dengan jalan dapat dipergunakan hubungan sebagai berikut:
(11)
dimana:
Dari  hasil  persamaan  di  atas,  untuk  perhitungan  rolling  resistance  terkait  dengan  diameter  ban,  dipergunakan persamaan berikut ini,[6]
(12)
dimana:
Pada  perhitungan  pengaruh rolling  resistance terhadap  diameter  ban,  dengan  mengacu  pada  rumus hubungan yang telah disampaikan sebelumnya dapat disampaikan bahwa nilai rolling resistance terkait dengan diameter ban dipengaruhi oleh tekanan ban, diameter ban dan bebanyang diterima ban. Sehubungan dengan hal tersebut tekanan ban ( p ) akan diambil tekanan ban yang tertinggi karena berdampak pada nilai rolling resistance yang  paling  rendah  sedangkan  untuk  diameter  ban  diambil  ukuran  iameter  yang  lebih  kecil,  dimana  akan berpengaruh  terhadap  area  kontak  ban  dengan  jalan,  terhadap  beban  yang  di  ban  dari  analisa  yang  dilakukan pada pembahasan sebelumnya dipergunakan beban ban yang paling ringan karena akan memberikan nilai rolling resistance yang paling rendah [9]

## 3.5 Pengaruh ban terhadap daya penggerak
Untuk mendapat pengaruh ban terhadap energi, dapat dicari dengan persamaandi bawah ini.
(13)
Dimana: P = Daya (Watt) A = Luas penampang (m 2 ) 𝞺 = Kerapatan udara (kg/m 3 ) = 1,2 kg/m 3
V = Kecepatan maksimum (km/jam)

## KESIMPULAN
Kontribusi ban pada kebutuhan daya penggerak sangat signifikan untuk kendaraan, dimana di pengaruhi daya  tahanan  lucur  dan koefisien  rolling  resistance yang  rendah  membuat  pengurangan  kebutuhan  daya penggerak  untuk  kendaraan.  Tekanan  ban  pada  kendaraan  mempengaruhi  nilai koefisien  rolling  resistance berupa  traksi  ban  pada  permukaan  jalan,  mesin  akan  bekerja  lebih  berat  dan  akan  mempunyai  efek  terhadap peningkatan kebutuhan daya penggerak.Beban yang diterima ban pada kendaraan mempengaruhi nilai koefisien rolling  resistance ,  berupa  gaya  gesek  permukaan  jalan  dengan  ban,  gaya  gesek  mempunyai  sifat  menghambat gerak kendaraan dipengaruhi nilai koefisien rolling resistance, dimana ekuivalen dengan peningkatan kebutuhan daya penggerak untuk dapat melawan traksi ban yang diperlukan.Diameter ban pada kendaraan mempengaruhi nilai rolling resistance , terkait dengan sifat kekakuan radial (radial stiffness) dan besaran ratio hysteresis dimana perubahan  diameter  ban  akan  berpengaruh  terhadap defleksi ban.Hasil  optimasi  daya  penggerak  dengan menggunakan perhitungan matematis diperoleh hasil berat kendaraan ditambah empat orang penumpang, maka efesiensi  roda dan  ban  yang dipeoleh  sesuai  dengan peraturan  ECE  Regulasi  No 54.  Tentang karakteristik ban yang aman dan nyaman sesuai dengan kebutuhan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Nyoman Sutantra, (2010) , Guna Widya Teknologi Otomotif , Surabaya.
[2] Martin Mc Mahon &CDX Global, ( 2007), Trade of Motor Mechanic, Foras Áiseanna Saothair .
[3] F Kounty (2010) Geometry and Mechanics of Pneumatic tires,.
[4] Hartana,  Pande  (1993),  Karakteristik  Beban  Angin  dan  Pengaruhnya  Terhadap  Perilaku        .Arah  dan Kinerja Traksi Kendaraan, Teknik Mesin FTI – ITS Surabaya,
[5] Handbook  of  Energy  &  Economic  Statistics  ofIndonesia  (2011),  Centre  for  Data  and  Information  on Energy and Mineral Resources, Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral.
[6] International  Journal  of  Mechanics,  The  Impact  of  Agricultural  Vehicles  Rolling  System  On  Soil, University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Iași.
[7] International  Journal  of  Mechanics,  Effect  of  Tyre  Overload  and  Inflation  Pressure  on  Rolling  Loss (Resistance)  and  Fuel  Consumption  of  Automobile  and  Trucks/BusTyres,  Padmanabha  S  Pillai,  MTI Associates Tallmadge, Ohio 44278, USA.
[8] Standar Nasional Indonesia (SNI) 06-0098-2002, Ban Mobil Penumpang.
[9] Commite  for  The  National  Tire  Efficiency  Study,  Transportation  Research  Board  (2006),  Tire  and Passenger Vehicle Fuel Economy Washington,D.C
[10] Société de Technologie Michelin. (2003) The Tyre Rolling Resistance and Fuel Savings
[11] Hans  B  Pracejka,  Delft  University  of  Technology  Consultant  TNO  Automotive  2006.Tyre  and  Vehicle Dynamics, Helmond The Netherlands,
[12] ID. Gary Subagia,WajanBerata (2004), Pemodelan Simulasi Berbasis Fuzzy Controller Terhadap Perilaku Yaw Rate dengan Pengendalian Sudut Steer Roda Belakang(4WS),Jurnal Teknik MesinVol 6/No.2.
[13] Wong,JY (2001),Theory of Ground Vehicle(2ndedition), Ottawa, John Willey & Sons, NewYork
[14] International  Journal  of  Mechanics,  Effect  of  Tyre  Overload  and  Inflation  Pressure  on  Rolling  Loss (Resistance)  and  Fuel  Consumption  of  Automobile  and  Trucks  /  BusTyres,  Padmanabha  S  Pillai,  MTI Associates Tallmadge, Ohio 44278, USA.
[15] International  Journal  of  Mechanics,  The  Impact  of  Agricultural  Vehicles  Rolling  System  On  Soil, University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Iași.