“HYMO” Integrated Body Car Concept Design

By: Muhammad Abdullah Hamidi & Ma’ruf Fauzi Rahman, Submitted for Mechanical Concept Design Competition 2011

Abstrak

Sebuah konsep rancangan bodi kendaraan beroda empat dengan mengedepankan sisi estetika keindahan, futuristik dan aerodinamika yang cukup baik yang kami sebut dengan HYMO. HYMO dengan material bodi yang berbahan dasar fiberglass tentunya akan membawa kelebihan seperti bobot yang dapat direduksi dengan harga yang relatif murah pula dibandingkan dengan jenis logam. Selain itu fiberglass ini juga mempunyai kekuatan yang baik. Kemudian lebih mudah dibentuk, dan juga fiberglass ini cukup mudah ditemukan di pasaran. Melalui analisis aerodinamika bodi yang dilakukan menggunakan CFD (Computational fluid dynamics) didapatkan koefisien dari drag sebesar 0,135. Ini artinya bahwa kendaraan ini mempunyai aerodinamika yang baik. Nilai tersebut didapatkan dengan beberapa asumsi terhadap kondisi lingkungan, namun tentunya pendekatan yang digunakan sebisa mungkin mendekati kenyataan.


 I. Pendahuluan dan Latar Belakang

Perkembangan dunia transportasi di dunia ini terjadi sangat pesat. Termasuk di dalamnya mencangkup transportasi darat. Namun perkembangan yang sedemikian pesat ini tidak bisa diimbangi dengan ketersediaan jumlah bahan bakar minyak yang semakin lama akan semakin habis. Bahan bakar minyak yang persediannya terbatas dan hampir tidak dapat diperbaharui ini adalah sumber energi utama untuk menggerakan alat transportasi.

Ketergantungan manusia akan alat transportasi sangat kuat. Sedangkan ketergantungan alat transportasi terhadap bahan bakar minyak juga sangat kuat. Berangkat dari masalah ini, maka dikembangkanlah kendaraan yang dapat lebih menghemat bahan bakar minyak dan lebih ramah lingkungan. Kendaraan ini disebut kendaraan Hybrid. Dimana sumber tenaga berasal dari pembakaran bahan bakar dan juga arus listrik dari baterai yang memutar motor listrik. Kendaraan ini dikembangkan agar ketergantungan terhadap bahan bakar minyak dapat dikurangi. Selain itu juga untuk menjaga agar ketersediaan bahan bakar minyak terus dapat dinikmati oleh generasi-generasi berikutnya.

Sebuah kendaraan tidak hanya tentang bisa melaju, lebih dari itu banyak sekali hal yang dipertimbangkan dalam merancang bangun sebuah kendaraan. Dari mulai kaekuatan dan ketahanan material, aerodinamika, ergonomi, estetika dan lain sebagainya. Semua itu menjadi hal yang wajib untuk diperhitungkan dalam merancang bangun kendaraan. Lebih spesifik tentang pembuatan bodi kendaraan beberapa faktor yang sangat berpengaruh antara lain ialah jenis material, aerodinamika dan merujuk pada fungsi mobil itu sendiri. Apakah untuk mobil balap, mobil keluarga atau mobil kargo. Desain dari bodi kendaraan tentunya menyesuakian karakter kendaraan yang akan dibuat. Dimana untuk mobil balap dan berkecepatan tinggi dibuat dengan bahan material yang ringan dan kountur bodi yang stereamline. Berbeda jauh dengan kendaraan tipe pengangkut atau kargo dimana bodi dirancang kuat dan tidak terlalu mementingkan aspek aerodinamika. Karena memang kendaraan ini tidak di ciptakan untuk kecepatan yang tinggi.

II. Konsep dan Estetika Rancangan

HYMO dibuat dengan konsep dasar city car yang futuristik. Kendaraan kecil perkotaan beroda empat ini tentunya diharapkan menjadi sebuah awalan untuk transisi masyarakat yang dulunya menggunakan sepeda motor namun menginginkan hal lebih mengenai kegunanan seperti tidak kehujanan dan kepanasan. Menggunakan mobil SUV atau VAN untuk jumlah penumpang hanya satu orang adalah sebuah pemborosan. Selain boros bahan bakar, boros biaya perawatan yang harus ditanggung, juga boros tempat di jalan raya. Apalagi dengan kondisi kota seperti Jakarta yang sering sekali terjadi kemacetan. Menggunakan sepeda motor memang lebih ringkas, namun seringkali beberapa aspek tidak tercover dengan baik. Seperti aspek kenyamanan dalam berkenadra, perlindungan terhadap panas dan hujan serta polusi. Belum lagi bagi para eksekutif yang membutuhkan kerapian dalam berpakaian sampai dengan tiba di kantornya. Sehingga penggunaan mobil-mobil jenis mini city car ini tentunya akan sangat membantu bagi banyak aspek.

Maka dari itu kendaraan-kendaraan seperti ini harus dibuat semenarik mungkin bagi para penggunanya. Agar para calon konsumen dapat tertarik untuk memakainya. Salah satu dari banyak aspek yang perlu diperhatikan tentunya pada bodi kendaraan. Sememtara itu, beberapa aspek yang menjadi perhatian kami dalam merancang bodi kendaraan ini antara lain:

  • Aspek aerodinamik, adalah gaya hambat yang disebabkan oleh aliran udara yang menerpa bodi kendaraan.
  • Aspek Ergonomi, biomekanik, dan anthropometri adalah hal-hal tentang hubungan antara manusia dengan lingkungan kerjanya.
  • Aspek Estetika lain, seperti aspek keindahan, keamanan, dan kenyamanan

II.A. Aspek Aerodinamika

Dari paparan-paparan diatas, maka beberapa hal yang kami lakukan dalam proses memenuhi berbagai aspek tersebut antara lain seperti misalnya pada pemenuhan aspek aerodinamika yang baik, kami membuat bentuk-bentuk kountur bodi dibuat streamline. Bentuk-bentuk dasar bodi kendaraan yang membulat dan tidak terkesan kaku membuat nilai aerodinamika yang baik. Meminimalisasikan bentuk dan pola yang tajam dan patah juga akan memberikan efek pada kekuatan bodi kendaraan ini dalam hal menahan beban-beban yang nantinya akan diterima olehnya. Beban akan lebih terdistribusi secara lebih merata pada kondisi lekukan bodi yang membulat. Hal ini berbeda dengan kondisi lekukan bodi yang tajam dan patah, beban akan kurang terdistribusi dan cenderung terkonsentrasi pada lekukan tersebut. Yang nantinya akan berakibat pada kemungkinan terjadinya kegagalan berupa kerusakan pada bodi kendaraan. Selain itu kami juga mempertimbangkan tentang tekstur kekasaran permukaan pada bodi. Hal ini tentunya sangat bergantung pada jenis bahan dasar material dan cat yang digunakan. Detail mengenai pengujian aerodinamika dijelaskan lebih lanjut pada bab III mengenai analisis CFD bodi.


Gambar 1. Bentuk rancangan mobil HYMO setelah jadi. Kountur bodi dirancang

Streamline dengan permukaan yang halus.

II.B. Aspek Ergonomi, Biomekanik, dan Anthropometri

Dalam merancang bangun sebuah kendaraan, aspek ergonomi harus sangat diperhatikan. Karena hal ini sangat berkaitan dengan sikap, posisi dan kebiasaan manusia yang berdasarkan pada keadaan asli dari tubuh manusia. Pada aspek ini, kami tidak banyak melakukan improfisasi. Dikarenakan memang kami hanya diijinkan untuk bermain pada sektor bodi kendaraannya. Sehingga disini, beberapa hal yang kami perhatikan dalam merancang bodi berdasarkan aspek ergonomi ini antara lain ialah:

  • Ketinggian kaca depan sebagai fungsi untuk melihat keadaan jalan, keadaan cuaca dan sebagainya.
  • Ketinggian atap kendaraan yang diharapkan lebih tinggi dari tubuh pengendara saat penggendara sedang mengendarai mobil.

Selain ergonomi, kami juga memperhatikan aspek lain pembuatan bodi kendaraan ini. Yaitu aspek biomekanikal, ialah aspek yang berkaitan dengan kemampuan tubuh manusia tentang kekuatan fisik yang mencakup kekuatan atau daya fisik manusia ketika bekerja dan mempelajari bagaimana cara kerja serta peralatan harus dirancang agar sesuai dengan kemampuan fisik manusia ketika melakukan aktivitas kerja tersebut. Namun menurut analisis kami, dalam hal ini yang berhubungan langsung dengan aspek biomekanikal adalah seperti membuka pintu dan membuka kap depan tidak akan menemui masalah. Dikarenakan secara standar dalam melakukan aktifitas tersebut pada mobil standar mereka tidak mengalami kesulitan yang berarti. Sehingga kami berkesimpulan bahwa pada mobil inipun manusia pada umumnya tidak akan mengalami kesulitan.

Sedangkan aspek anthropometri ialah aspek dimana bentuk bodi harus menyesuaikan ukuran serta anatomi tubuh manusia. Memang aspek ini hampir tidak berbeda jauh dengan ergonomi. Salah satu hal yang kami pertimbangkan dalam mendesain bodi dengan berdasarkan pada aspek anthropometri ini antara lain ialah dimensi umum handle pembuka pintu. Namun pada dasarnya handle yang tersedia di pasaran telah sesuai dengan kondisi tubuh/ tangan manusia pada umumnya. Sehingga kami tidak perlu melakukan pendesainan ulang.

II.C. Estetika Lanjutan

Dari aspek estetika ini kami memfokuskan diri pada keindahan desain itu sendiri serta part-part pendukungnya seperti headlamp, fog lamp, break lamp dan sebagainya. Dari segi desain, terlihat jelas bahwa desain mobil ini memang memiliki konsep futuristic city car. Bentuk-bentuk pemanis pendukung seperti bentuk dari grid depan juga menimbulkan kesan manis pada mobil. Bentuk headlamp yang meruncing sipit dan menyatu dengan lampu sein menambahkan kesan futuristik dan sedikit banyak menimbulkan aura sporty pada mobil. Ditambahkan dengan adanya lampu kabut disisi bawah depan mobil membuat mobil terlihat mewah dan tidak murahan. Ditambah bentuk break lamp yang menyesuaikan bentuk bumper belakang sehingga terlihat sangat menyatu.


Gambar 2. Rancangan mobil tampak depan.


Gambar 3. Headlamp mobil.


Gambar 4. Rancangan mobil tampak belakang.

 

III. Rancangan Proses Manufaktur

Proses pembuatan body mobil bisa dilakukan dengan beberapa cara dan dengan berbagai macam material. Secara garis besar, material sebagai bahan dasar body mobil dapat dibagi sebagai berikut.


Dalam mambuat body HYMO, kami mempertimbangkan untuk menggunakan fiberglas sebagai materialnya, dengan beberapa pertimbangan, yaitu:

  • Mempunyai beberapa keuntungan/kelebihan dibandingkan degan menggunakan material bahan logam, diantaranya : lebih ringan, lebih mudah dibentuk, dan lebih murah.
  • Jika kaca (glass) diubah dari bentuk cair atau bubuk menjadi bentuk serat (fiber), kekuatannya akan meningkat secara tajam. Kekuatan tarik maksimal dari satu serat kaca dengan diameter 9 – 15 micrometer mencapai 3.447.000 kN/m2. Oleh karena itu fiberglass merupakan salah satu material/bahan yang mempunyai kekuatan sangat tinggi.
  • Pemanfaatan fiberglass untuk produk otomotif sudah sangat luas, tidak hanya untuk pembuatan bodi kendaraan akan tetapi juga untuk berbagai komponen kendaraan yang lain. Sehingga bahan-bahan bakunya lebih mudah didapatkan.

III.A. Langkah- Langkah Pengerjaan Pembuatan body Hymo berbahan dasar Fiber:

Untuk mulai membuat cetakan fiberglass, langkah pertama yang harus dilakukan ialah terlebih dahulu membuat plug. Plug adalah potongan part body asli yang cetakan fiberglass akan dibuat darinya. Dimensi Plug harus benar-benar sama seperti desain asli, karena merupakan representasi dari produk akhir yang akan dihasilkan dari cetakan yang dibuat. Pembuatan pug memang memakan waktu yang cukup lama. Untuk plug HYMO, setidaknya ada lebih dari 30 lembar plug yang harus dibuat.

Plug yang dibuat harus tidak mengerucut/mengecil di bagian akhir, karena jika plug berbentuk demikian maka hasil fiberglas body akan terkunci di dalam cetakan dan tidak bisa dikeluarkan. Material untuk membuat plug sebagai mold (wadah cetak) ialah dengan kayu dan triplek. Setelah mold (cetakan) selesai, kerangka tersebut diisi dengan foam/busa (biasanya dengan polyurethane) untuk mengisi celah-celah kosong dalam rangka sehingga terbentuk body yang solid. Setelah rangka telah terpenuhi dengan foam, terleih dahulu dilakukan finishing pada cetakan tersebut(yaitu memperhalus permukaan mold agar mendapat hasil yang maksimal)


Gambar 5. Kerangka (plug) untuk proses sculpting dan sebagai wadah cetak.

Jarak antar plug ialah 100mm.

III.B. Proses Pembuatan Fiberglass

Proses pembuatan fiberglass diklasifikasikan menjadi 3 (tiga) tahapan, yaitu (a) mencampur 6 (enam) bahan utama menjadi bahan dasaran; (b) membuat campuran penguat; dan (c) finishing atau penyempurnaan. Agar dapat dihasilkan kualitas fiberglass yang kuat, campuran bahan untuk master cetakan harus lebih tebal daripada fiberglass hasil, yaitu sekitar 2 — 3 mm atau dilakukan 3 —4 kali pelapisan.

Proses membuat campuran adonan fiberglasnya adalah sebagai berikut :

  1. Resin sejumlah 1,5 — 2 liter dicampur dengan talk dan diaduk rata. Apabila campuran yang terjadi terlalu kental maka perlu ditambahkan katalis. Penggunaan katalis harus sesuai dengan perbandingan 1 :40. Oleh karena itu apabila resinnya 2 liter, maka katalisnya 50 cc.
  2. Selanjutnya ditambahkan erosil antara 400 — 500 gram pada campuran tersebut dan ditambahkan pula pigmen atau zat pewarna.
  3. Apabila semua campuran tersebut diaduk masih terlalu kental, maka perlu ditambahkan katalis dan apabila campurannya terialu encer dapat ditambahkan aseton. Pemberian banyak sedikitnya katalis akan mempengaruhi cepat atau lambatnya proses pengeringan. Pada cuaca yang dingin akan dibutuhkan katalis yang lebih banyak agar adonan cepat mengering.
  4. Setelah campuran bahan dasar dibuat, langkah berikutnya adalah memoles permukaan cetakan dengan mirror (sebagai pelicin dan pengkilap) dan dilakukan memutar sampai lapisannya benar-benar merata.
  5. Agar didapatkan hasil yang lebih baik, perlu ditunggu beberapa menit sampai pelicin tersebut menjadi kering. Untuk mempercepat proses pengeringan, dapat dijemur di terik matahari.
  6. Apabila mirror sudah terserap, permukaan cetakan dapat dilap dengan menggunakan kain bersih hingga mengkilap.
  7. Selanjutnya permukaan cetakan dioleskan PVA untuk menjaga agar permukaan cetakan tidak lengket dengan fiberglass hasil.
  8. Langkah berikutnya adalah mengoleskan permukaan cetakan dengan adonan/campuran dasar sampai merata, dan ditunggu sampai setengah kering.
  9. Selanjutnya di atas campuran yang telah dioleskan dapat diberi selembar mat sesuai dengan kebutuhan, dan dilapisi lagi dengan adonan dasar. Untuk menghindari adanya gelembung udara, pengolesan adonan dasar dilakukan sambil ditekan, sebab gelembung akan mengakibatkan fiberglass mudah keropos. Semakin tebal lapisan mat maka akan makin kuat daya tahannya. Selain itu sebagai penguat dapat ditambahkan tulangan besi atau tripleks, terutama untuk bagian yang lebar(seperti pada sisi samping mobil). Tujuannya adalah agar hasilnya tidak mengalami kebengkokan.
  10. Apabila diperlukan, dilakukan pengerolan menyesuaikan alur-alur atau lekukan-lekukan yang ada di cetakan. Untuk mempercepat proses pengeringan, dapat dijemur di terik matahari.
  11. Pelepasan fiberglass hasil dilakukan apabila lapisan adonan tersebut sudah kering dan mengeras, sebab apabila dilepas sebelum kering dapat terjadi penyusutan.


Gambar 6. Visualisasi hasil pelapisan fiber glas.

  1. Pada langkah finishing, dilakukan pengamplasan permukaan fiberglass, pendempulan, dan pengecatan sesuai dengan warna yang diinginkan


Gambar 7. Visualisasi hasil finishing

III.C. Mekanisme Assembly:

Assembly merupakan bagian yang penting dalam merancang sebuah kendaraan. Dalam kasus ini misalnya, jika assembly/joining tidak dilakukan secara benar, maka kendaraan hasil rangcangan akan mudah rusak, mudah lepas, atau adanya ketidak simetrisan dalam pemasangan body tersebut.

III.D. Assembly antar part:

Untuk mekanisme penyambungan antara part body (misal body dengan lampu, dengan kaca, spion) maka harus dibuat montingnya saat pencetakan body fiberglas(yaitu telah termasuk dalam pembuatan cetakan). Penyediaan bagian dari part untuk mounting dapat dilakukan dengan meberikan ketebalan lapisan yang lebih tebal dari bagian lainnya. Sehingga ketika akan dijoining part tersebut akan mudah untuk diberikan perlakuan joining(semisal dengan sekrup, lem,dll).

III.E. Assembly body dengan chasis:

Setidaknya ada 2 pilihan dalam menentukan mekanisme penyambungan, yaitu menyambungkan braket besi ke chasis sebagai penahan body, atau sebaliknya, membuat braket dari fiberglas yang tersambung ke body itu sendiri. Tentunya pilihan yang pertama yang lebih mudah, karena membuat braket dair fiberglas amat sulit, selain fiberglas tidak bisa/sulit untuk menghasilkan permukaan yang tajam/runcing, pebuatan dengan cara pelapisan mat selapis demi selapis untuk membuat braket serasa sesuatu yang tidak mungkin dilakukan. Oleh karena itu amat lebih baik untuk membuat braket dari logam pada chasis itu sendiri.

Namun memang jika kita melihat dari chasis yang ada, braket dari pelat logam untuk penyangga body hanya bisa ditempel pada bagian bawah body, sedangkan pada bagian atas tidak ada rangka untuk menahan braket tersebut. Oleh karena itu kami menyarankan untuk membuat sambungan dari chasis utama sebagai mounting untuk body (yang paling dibutuhkan untuk mounting ialah bagian sisi body dan bagian atas, untuk bagian sisi body butuh rangka tambahan karena jarak body yang terlalu jauh dari chasis). Jadi dibutuhkan rangka tambahan (sub-rangka) yang disambung (dengan dilas) ke chasis utama sebagai mounting dari body, untuk material sub-rangka dapat menggunakan steel tubing kotak 2×2 cm.


Gambar 8. Sub-rangka(warna merah, disambung dengan las pada chasis utama) sebagai braket untuk mounting pada body.


Gambar 9. Lokasi mounting pada body Hymo

III.G. Analisis Aerodinamika Body

Analisis aerodinamika dengan CFD di bawah ini menggunakan SolidWorks Flowsimulation 2012. Dengan densitas fluida(udara) 1.165 kg/m3, roughness/kekasaran pemukaan rata-rata body(fiberglas) 14 micrometer, dengan asumsi frontal area 2m2, dan kecepatan 35 m/s pada HYMO, dapat diperoleh besar koefisien tariknya dengan menggunakan rumus Cd= D/(0.5*p*U^2)diperoleh nilai CD (Coefficient of drag) 0,135. Ini menunjukkan bahwa desain body mobil ini cukup aerodinamis, karena garis-garis bodynya dibuat mendekati streamline. Dari gambar di di bawah memang masih terdapat sedikit gap/jeda antara body mobil dengan flow-trajectories/aliran fluida dominannya. Pada sisi depan mobil terdapat tekanan udara yang cukup tinggi, ini dikarenakan pada simulasi tidak dimasukkan bolongan udara/grille pada sisi depan mobil.

Name 

Unit 

Value 

Delta 

Criteria 

drag force 

141.707 

12.8470528 

13.1774041 

Drag coeff 


0.1351520 

0.01225279 

0.0125678 


Gambar 10. Plot distribusi tekanan pada fluida di sekitar HYMO



Gambar 11. Plot distribusi kecepatan pada fluida di sekitar HYMO


Gambar 12. Distribusi tegangan geser pada permukaan body HYMO akibat gesekan fluida.

IV. Penutup

  • Kesimpulan

    Dari pemaparan kami di atas maka selesailah desain rancang bangun bodi kendaraan yang kami namakan HYMO. Dari semua yang kami lakukan dalam merancang bangun bodi kendaraan ini, beberapa kesimpulan yang dapat kami sampaikan ialah:

  • Konsep dasar kendaraan ini adalah Futuristic
    City Car.
  • Material dasar bodi yang kami sarankan adalah fiberglass.
  • Desain body Hymo cukup aerodinamis.
  • Dibutuhkan konsep yang integratif dari rancang bangun sebuah kendaraan.
Saran
  • Agar diadakan event-event desain mekanikal lainnya agar mengembangkan kreativitas dan kompetensi mahasiswa departemen teknik mesin UI.
  • Mengubah jenis setir yang sebelumnya handlebar menjadi steeringwheel agar lebih menegaskan ciri ‘mobil’ pada mobil hybrid.
  • Memperbesar ukuran roda menjadi 16inci agar lebih serasi dan memberikan kesan yang lebih ‘garang’pada Hymo.

Daftar Pustaka

Lombard, Matt. 2008. SolidWorks Surfacing and Complex Shape Modelling Bible. Indiana: Wiley Publishing,Inc.

Modul Bagian Proyek Pengembangan Kurikulum Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional 2004. Kode OPKR-60-029A.. Membuat (Fabrikasi) Komponen Fiberglass/ Bahan Komposit.

Munson, Bruce R, Donald F. Young, Fundamentals of Fluid Mechanics 4th ed, USA: John Willey&Sons,Inc.

SolidWorks Team, Solidworks Flow Simulation 2012 Tutorial

About Mahdiy

Seorang penuntut ilmu kecil-kecilan.. ^^

Posted on Januari 9, 2012, in Kuliah and tagged , , . Bookmark the permalink. 2 Komentar.

  1. assalamu’alaikum ….sya lagi belajar coba buat body,,,nah dari postingan anda, kasih tau donk tutorial cara membuat plug body nya dan gimana cara ngeprintnya biar ukurannya presisi ??

  2. We have lays out a couple suggestions to get by way of it right away.

    These ended up typically wrapped around Hershey Bars, and appeared lovely.

    The game’s structure is vivid and there is a not so significant tale line.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: