Analisis Sistem Transmisi dengan Metode Numerik Menggunakan Framework DAI5 dan Matlab – Dimas Rafa Pradhana (2306155413)- Metode Numerik 02

A. Judul Proyek

Analisis Sistem Transmisi dengan Metode Numerik Menggunakan Framework DAI5 dan Matlab

B. Nama Lengkap Penulis

DImas Rafa Pradhana

C. Afiliasi

Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia

D. Abstrak

Secara keseluruhan, esai ini membahas mengenai analisis pada sistem transmisi dan komponennya secara struktural dan dinamika dengan pendekatan numerik. Namun, berbeda dengan pembahasan secara konvensional, pada esai ini sistem transmisi dieksplorasi menggunakan framework DAI5. Dimana framework ini terdiri dari 5 tahap yaitu Deep Awareness of I, Intention, Initial Thinking

Dalam instruction set, nanti akan digunakan Matlab dengan program OpenLap sebagai alat untuk mensimulasikannya. Dengan pendekatan ini, diharapkan hasil yang didapat adalah sebuah model sistem transmisi yang tak hanya baik secara teknis, namun juga baik dalam aspek keberlanjutan, efisiensi, dan spiritual.

E. Deklarasi Penulis

Deep Awareness of I
Penulis disini menyadari bahwa dalam pengembangan kendaraan khusunya motor dimana pada pengembangan bidang powertrain membutuhkan cara untuk mensimulasikan efek-efek pada perubahan variabel yang berpengaruh pada banyak hal. Untuk melakukan ini dibutuhkan sebuah model simulasi yang mampu menjabarkan berbagai efek yang dihasilkan ketika variabel pada transmisi diubah seperti gear ratio. Dengan menggunakan Matlab, penulis harus sadar bahwa kemampuan manusia untuk mengembangkan sistem powertrain motor baik secara dana dan keahlian juga memerlukan sebuah perangkat simulasi yang dapat membantu pengembangan.

Dengan memadukan DAI5 dan Matlab, penulis dapat mempertimbangkan aspek teknis pada sistem transmisi, pendekatan ini mempertimbangkan aspek etis, niat yang baik, dan hubungan kepada Sang Pencipta sebagai pencipta dari berbagai fenomena ilmiah ini. Dengan pendekatan ini, diharapkan hasil yang didapat adalah sebuah model sistem transmisi yang tak hanya baik secara teknis, namun juga baik dalam aspek keberlanjutan, efisiensi, dan spiritual.
Intention
Dalam pengerjaan simulasi ini, penulis bertujuan untuk memahami sistem powertrain terutama pada bagian transmisi menggunakan Matlab. Selain itu, tujuan dari pembelajaran ini adalah untuk mempelajari bagaimana berbagai variabel dalam transmisi dapat mempengaruhi perfroma motor dalam suatu trek balapan. Dengan ini didapatkan sebuah simulasi sistem powertrain dan motor secara kesuluruhan yang memiliki solusi yang efektif, etis, dan berkelanjutan.

F. Pendahuluan

Selama pengembangan sistem electric powertrain dalam motor listrik untuk perlombaan motostudent, simulasi dari sistem powertrain yang terhubung dengan berbagai komponen lain dalam motor seperti aerodinamika dan vehicle dynamics menjadi suatu hal yang krusial. Dengan keterbatasan baik secara ilmu, tempat, dan sulitnya untuk melakukan pengetesan dari tahap pengembangan menjadi salah satu faktor penting yang mendasari simulasi ini.

3. Initial Thinking

Analisis Masalah
– Bagaimana Gear Ratio dapat mempengaruhi performa motor?
– Bagaimana hasilnya apabila diterapkan pada suatu trek?
Status Penelitian dan State-of-art
Semenjak tahun 90-an sudah dilakukan penelitian dan bahkan sebuah simulasi menggunakan software DADS dan ADAMS, akan tetapi masih banyak limitasi yang ada pada saat itu.
Dekonstruksi Masalah
– Gear Ratio akan berpengaruh pada motor secara keseluruhan sesuai dengan hukum-hukum yang dipelajari pada mata kuliah kinematika dan dinamika dan perancangan mekanikal.
– Misalnya seperti gear ratio akan mempengaruhi torsi dan RPM, dan bagaimana perancangan sistem tersebut agar tidak mengalami kegagalan.

G. Methods and Instruction

4. Idealization
Pada percobaan ini, dilakukan asumsi dengan melakukan dua percobaan dengan data torque curve dari sebuah motor listrik sebagai penggerak sebuah motor. Kita asumsikan motor bergerak dalam kondisi nominal dan menghasilkan torsi sebesar 50Nm.

Pada sistem transmisi ini dibuat hanya sebagai satu percapatan saja untuk memudahkan pemahaman hasil. Dengan nilai pada komponen lain sebagai berikut:

Untuk memudahkan pengerjaan asumsikan sebuah sistem transmisi satu percepatan single chain drive dengan gambar seuai pada Gambar 1 pada lampiran. Sementara untuk torque curve dari motor listrik dapat dilihat pada Gambar 3

5. Instruction Set

Input semua variabel pada gambar di atas pada file vehicle dan beri nama misalnya “Motor_Test_Continuous”
Isi pada kolom transmisi sesuai pada Gambar 2 dan ubah kolom di samping “Primary Gear Reduction” dan “Primary Gear Reduction” sesuai dengan gear ratio yang diinginkan kemudian simpan.
Isi torque curve dengan data yang diberikan (sesuai dengan idealization, karena terlalu panjang saya hanya menampilkan grafiknya saja pada Gambar 3).
Run OpenTrack dan pilih track yang sesuai dengan data dari sirkuit atau trek yang diinginkan.
Run OpenVehicle, OpenDrag, dan OpenLap sesuai dengan urutan
Ambil data hasil berupa
- Lap Time
- Maximum Speed Achieved

H. Hasil dan Diskusi

Pada percobaan kali ini, dibuat perbandingan dengan empat kombinasi gear ratio yang akan dites dengan OpenDrag sebagai dan sirkuit Donington Park. Kombinasi gear ratio dalam bentuk yang akan digunakan adalah sebagai berikut

1,6 dan 2,2 (konfigurasi 1)
2,2 dan 1,6 (konfigurasi 2)
1,6 dan 3,0 (konfigurasi 3)
1,6 dan 1,1 (konfigurasi 4)

Dari semua hasil yang ada yang dilampirkan pada Lampiran, waktu tercepat dicatat dengan motor yang menggunakan konfigurasi transmisi 1 dan 2. Dengan konfigurasi 3 di posisi kedua dan konfigurasi 4 di posisi terakhir.

Top speed terbaik juga didapat pada motor dengan konfigurasi 1 dan 2 dengan konfigurasi 3 di posisi kedua dan konfigurasi 4 di posisi terakhir. Meskipun begitu untuk akselerasi yang dihitung berdasarkan waktu dari 0-50 dan 0-100 Km/h menunjukkan bahkwa konfigurasi 3 menduduki posisi pertama sementara konfigurasi 1 dan 2 di posisi kedua, dengan konfigurasi 4 menduduki posisi terakhir.

Diskusi
Hasil pengujian empat kombinasi gear ratio menunjukkan bahwa konfigurasi 1 (1,6 dan 2,2) dan konfigurasi 2 (2,2 dan 1,6) memberikan performa terbaik dalam hal waktu tempuh dan top speed di sirkuit Donington Park, sebagaimana tercatat dalam hasil pengujian menggunakan OpenLap. Temuan ini konsisten dengan literatur sebelumnya yang menyatakan bahwa kombinasi gear ratio yang seimbang antara torsi awal dan kecepatan puncak cenderung menghasilkan performa optimal di lintasan dengan karakter campuran seperti Donington Park.

Meskipun demikian, dari sisi akselerasi (0–50 km/h dan 0–100 km/h), konfigurasi 3 (1,6 dan 3,0) menunjukkan performa lebih unggul, mengindikasikan bahwa gear ratio yang lebih agresif pada tahap awal dapat memberikan akselerasi lebih cepat, walaupun mengorbankan sedikit top speed. Konfigurasi 4 (1,6 dan 1,1) consistently mencatat hasil terendah di semua aspek, menguatkan pandangan bahwa gear ratio yang terlalu dekat atau pendek tidak mampu memberikan keseimbangan akselerasi dan kecepatan maksimal yang dibutuhkan untuk kompetisi di lintasan ini. Temuan ini memberikan implikasi penting bahwa pemilihan gear ratio harus mempertimbangkan kebutuhan spesifik lintasan dan karakteristik motor untuk mengoptimalkan performa balap.

I. Kesimpulan, Penutup, dan Rekomendasi

Penggunaan dan pemilihan gear ratio yang tepat menjadi salah satu penentu dalam balapan. Dengan pemilihan yang tepat, didapatkan waktu laptime dan akselerasi yang terbaik. Hal ini juga dapat membantu untuk mengurangi cost dalam pengembangan suatu motor sehingga dapat memanufaktur gear atau sprocket yang sesuai dengan spesifikasi tanpa harus testing pada motor. Walau terkadang masih memerlukan hal tersebut untuk memastikan bahwa hasil pada simulasi sudah sesuai dengan kondisi riil.

Selama percobaan ini, saya mempelajari bahwa penggunaan framework DAI5 dapat membantu saya memahami secara lebiuh lanjut dinamika pada transmisi. Hal ini juga membantu saya menyadari bahwa program ini sangat berguna dalam memangkas biaya dan memudahkan pengembangan sistem powertrain sebuah kendaraan khususnya motor.

Rekomendasi

Simulasi dapat lebih menyesuaikan lagi agar relevan dengan kendaraan listrik.
Dapat lebih terintegrasi dengan menampilkan beberapa komponen yang memungkinkan untuk perancangan gearnya.
Perbaikan bug pada aplikasi sehingga file hasil simulasi dapat langsung di-save langsung tanpa harus save manual.

J. Ucapan Terima Kasih

Terima kasih saya haturkan sebesar-besarnya kepada Prof. Dr. Ahmad Indra selaku Dosen Metode Numerik. Serta partner saya di UIMS Malik, Rafly, Para BPH Bang Bimo, Bang Didi, Bang Nito, dan Advisor Bang Dhia yang memberikan saya ilmu untuk mempelajari Matlab dan figuring out bagaimana Matlab khususnya OpenLap bekerja. Masih banyak kawan-kawan lain yang tidak bisa saya sebutkan saya haturkan terima kasih atas dukungannya untuk menulis esai metode numerik ini.

K. Reference

Millo, F., Rolando, L., & Andreata, M. (n.d.). Numerical simulation for vehicle powertrain development. In Numerical Analysis – Theory and Application (pp. 520–532). IntechOpen. https://www.intechopen.com

Haug, E. J., Negrut, D., Serban, R., & Solis, D. (2000). Numerical methods for high speed vehicle dynamic simulation. Mechanics of Structures and Machines, 28(2), 215–236.

Khurmi, R. S., & Gupta, J. K. (2005). A textbook of machine design (14th ed.). Eurasia Publishing House (PVT.) Ltd.

Dudley, D. W., & Larner, S. (2002). Dudley’s handbook of practical gear design and manufacture (2nd ed.). CRC Press.

Michael Chalkiopoulos. (n.d.). OpenLAP Lap Time Simulator Part 1: Introduction [Video]. YouTube. https://youtu.be/WWaouT6EhJ0

Michael Chalkiopoulos. (n.d.). OpenLAP Lap Time Simulator Part 2: The lap time simulation algorithm [Video]. YouTube. https://youtu.be/olWb1ikAWmY

Michael Chalkiopoulos. (n.d.). OpenLAP Lap Time Simulator Part 3: Vehicle modelling in OpenVEHICLE [Video]. YouTube.https://youtu.be/L3BDwC9Wn9A

Michael Chalkiopoulos. (n.d.). OpenLAP Lap Time Simulator Part 4: Track modelling in OpenTRACK [Video]. YouTube. https://youtu.be/SirB6m2H7qk

Michael Chalkiopoulos. (n.d.). OpenLAP Lap Time Simulator Part 5: Straight line simulation in OpenDRAG [Video]. YouTube. https://youtu.be/MIknxwjvGJQ

Michael Chalkiopoulos. (n.d.). OpenLAP Lap Time Simulator Part 6: Lap time simulation [Video]. YouTube. https://youtu.be/xNiNHr3BFzg