Pernah dengar istilah simulasi sirkuit?
Ini adalah metode untuk menghitung waktu putaran tercepat yang secara teori bisa dicapai sebuah mobil di sirkuit, berdasarkan kemampuan mobil dan racing line yang digunakan.
Simulasi sirkuit yang saya bahas kali ini dibuat oleh Tatsu.
Menurut Tatsu, simulasi ini dibuat “berdasarkan Simulasi Sirkuit F-1 yang dimuat dalam Honda R&D Technical Review, kemudian diadaptasi menjadi lembar kerja Excel.”
Saat pertama kali mendengarnya, reaksi saya cuma, “Apaan tuh?!”
Orang seperti saya, yang menjumlahkan bilangan dua digit saja tidak becus, rasanya tidak pantas mendapat bimbingan dari Tatsu. Tapi dia begitu baik sampai mau mengajari saya macam-macam tentang simulasi ini.
Tatsu memublikasikan seluruh cara membuat simulasi tersebut karena ingin metode semacam ini lebih banyak digunakan orang.
Saya pun mempelajarinya dengan membaca rangkaian artikel yang dia terbitkan:
Cara Membuat Simulasi Sirkuit Berbasis Excel (Bagian 1)
Cara Membuat Simulasi Sirkuit Berbasis Excel (Bagian 2)
Cara Membuat Simulasi Sirkuit Berbasis Excel (Bagian 3)
Cara Membuat Simulasi Sirkuit Berbasis Excel (Bagian 4)
Cara Membuat Simulasi Sirkuit Berbasis Excel (Bagian 5)
Cara Membuat Simulasi Sirkuit Berbasis Excel (Diagram Lintasan)
Konsep dasarnya sudah dijelaskan di Bagian 1. Tapi untuk memahami satu artikel itu saja, saya butuh waktu yang luar biasa lama.
Meski begitu, penjelasannya dibagi menjadi bagian-bagian tersendiri. Kalau dibaca pelan-pelan, satu per satu, lama-lama pasti bisa dipahami.
Begitu akhirnya paham, saya baru menyadari betapa teliti dan jelas artikel itu ditulis.
Kalau penjelasannya tidak sejelas itu, mungkin sampai kapan pun saya tidak akan mengerti… Serius.
Ngomong-ngomong, waktu SMA saya pernah dipanggil ke ruang guru dan diberi tahu begini:
“Nilai ujianmu bagus di semua pelajaran kecuali matematika. Kenapa nilai matematikamu separah ini?! Namamu sampai dibahas dalam rapat guru! Jadi, bersama beberapa murid lain, kamu harus mengikuti program khusus matematika.”
Alhasil, selama beberapa bulan saya terpaksa tinggal di sekolah setelah jam pelajaran untuk mengerjakan matematika yang sama sekali tidak saya mengerti.
Mau bagaimana lagi? Bahasa Jepang dan bahasa Inggris gampang buat saya, karena tinggal mengingat lalu menuliskannya. Tapi setiap melihat soal matematika, saya benar-benar tidak tahu harus mulai dari mana.
Kalau orang seperti saya saja akhirnya bisa paham setelah berusaha keras, saya yakin kalian juga bisa.
Ada orang bijak yang pernah berkata, “Asal punya semangat, apa pun bisa dilakukan.”
Tapi, semangat sebesar apa pun tidak akan membuat kita bisa mengeluarkan Kamehameha. Jadi, menurut saya, tidak semua hal bisa kita lakukan.
Namun, yang satu ini saya rasa bisa kalian pahami.
Mulai di sini, saya tidak akan menjelaskan langkah demi langkah cara membuat simulasi sirkuit di Excel. Saya akan mencoba menjelaskan konsep dasarnya sebatas yang saya pahami.
Kalau disederhanakan, konsep dasar simulasi ini terdiri dari empat hal.
Pertama, tentukan racing line, lalu tetapkan batas gaya yang mampu dihasilkan ban sepanjang garis tersebut.
Dari situ, hitung kecepatan yang memungkinkan di setiap titik, lalu hitung waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu putaran.
Konsep Dasar #1: “Tentukan Racing Line Terlebih Dahulu”
Pertama-tama, racing line tidak ditentukan lewat perhitungan.
Kita sendiri yang memasukkan nilai jari-jari kelengkungan ratusan kali untuk menentukan racing line.
Pada dasarnya, nilainya dimasukkan agar garis tersebut mengikuti racing line yang benar-benar dilalui mobil.
Barulah perhitungannya menjawab, “Kalau memakai racing line ini, berapa waktu putaran tercepat yang bisa dicapai?”
Kalau terpikir, “Sepertinya bisa lebih cepat kalau lewat jalur ini,” kita tinggal menghitung ulang menggunakan jalur tersebut.
Kalau hasilnya lebih cepat, bagus. Kalau malah lebih lambat, berarti tidak cocok. Jadi, hasilnya mudah dinilai.
Kita terus mencoba berbagai racing line dan menghitungnya berulang kali sampai menemukan yang paling cepat.
Konsep Dasar #2: “Berapa Kecepatan Mobil Saat G Lateral Mencapai Maksimum?”
Pertama, ukur G lateral maksimum mobil menggunakan GPS data logger.
Pada data logger berbasis GPS seperti LAP+, angka G lateral yang ditampilkan bisa lebih tinggi daripada nilai sebenarnya. Karena itu, ambil dua data pada titik ketika G lateral maksimum tercatat, yaitu jari-jari kelengkungan racing line dan kecepatan, lalu hitung ulang G lateral yang sebenarnya.
Rumus perhitungannya sendiri tidak penting untuk pembahasan kali ini, jadi saya lewati. Kalau tertarik, silakan baca artikel Tatsu tentang cara membuat simulasi sirkuit.
Untuk sekarang, cukup ingat bahwa G lateral bisa dihitung jika kita mengetahui jari-jari kelengkungan dan kecepatan.
Sebaliknya, kalau yang ingin diketahui adalah kecepatan, kita bisa menghitungnya dari dua nilai lainnya.
Semakin kecil jari-jari kelengkungan, semakin besar G lateral pada kecepatan yang sama. Sebaliknya, agar G lateral tetap sama, kecepatan harus diturunkan saat jari-jari kelengkungan mengecil.
Untuk mobil saya, berdasarkan data saat benar-benar berkendara, saya menetapkan percepatan lateral maksimumnya sebesar 1.15 G.
Karena racing line sudah ditentukan, kita tahu jari-jari kelengkungan di setiap titik pada setiap tikungan. Jadi, kita bisa menghitung hal-hal seperti:
Pada kecepatan berapa mobil menghasilkan percepatan lateral 1.15 G di Tikungan 1?
Bagaimana dengan Tikungan 2? Tikungan 3?
(Selanjutnya, kita juga perlu menentukan G maksimum saat akselerasi dan pengereman. Tapi bagian itu sedikit lebih rumit, jadi saya lewati dulu. Untuk sekarang belum perlu memahaminya. Setelah berbagai perhitungan, saya menetapkan akselerasi maksimum mobil saya sebesar 0.7 G dan pengereman maksimum sebesar 0.8 G.)
Konsep Dasar #3: “Grip Ban Tidak Bisa Melampaui Batas Lingkaran Gesek”
Nah, ini lingkaran gesek yang saya yakin sudah kalian kenal.
Gaya yang bisa dihasilkan ban ke arah memanjang dan melintang ada batasnya. Batas ini biasanya digambarkan dengan “lingkaran gesek” atau friction circle.
Dalam simulasi sirkuit yang saya bahas, hal ini dinyatakan sebagai “tingkat pemanfaatan ban” (tire utilization).
Di sini, tingkat pemanfaatan ban didefinisikan sebagai:
{ (G longitudinal ÷ G longitudinal maksimum)^2 + (G lateral ÷ G lateral maksimum)^2 }^0.5
Sekali lagi, rumusnya sendiri tidak terlalu penting. Yang perlu diingat hanyalah: jika kita mengetahui “G longitudinal dan lateral yang sedang dihasilkan” serta “G longitudinal dan lateral maksimum yang mampu dihasilkan ban”, kita dapat menghitung tingkat pemanfaatan ban.
Saat tepat berada di batas lingkaran gesek, tingkat pemanfaatan ban bernilai 1 (100%).
Konsep Dasar #4: “Hitung Kecepatan dengan Menelusuri Balik dari Titik Kecepatan Terendah”
Inilah bagian terpentingnya.
Misalnya, kecepatan terendah di Tikungan 2 Sirkuit Takasu adalah 45 km/h.
Berarti, sebelum dan sesudah titik dengan kecepatan terendah itu, mobil pasti melaju lebih cepat dari 45 km/h.
Namanya juga “kecepatan terendah”.
Di sepanjang racing line, jari-jari kelengkungan umumnya makin kecil ketika mendekati titik kecepatan terendah, lalu membesar lagi setelah melewati titik itu.
Contohnya, saat memasuki tikungan, awalnya setir lurus, kemudian kita memutarnya sedikit demi sedikit sampai sudut kemudi terbesar tercapai di titik kecepatan terendah. Wajar jika jari-jari kelengkungan racing line juga makin kecil mengikuti gerakan setir itu.
Sekarang, kita buat asumsi awal tentang “kecepatan di setiap titik sepanjang racing line”.
Anggap saja mobil melaju pada kecepatan yang menghasilkan percepatan lateral 1.15 G di setiap titik racing line.
Seperti yang dijelaskan pada Konsep Dasar #2, jika jari-jari kelengkungan diketahui, kecepatan yang sesuai dengan nilai G lateral tertentu dapat dihitung.
Karena kita mengasumsikan G lateral selalu 1.15 G, kecepatan mobil berubah mengikuti jari-jari kelengkungan.
Tentu saja, makin kecil jari-jarinya, makin rendah kecepatannya. Makin besar jari-jarinya, makin tinggi kecepatannya.
Coba kita lihat Tikungan 2 di Sirkuit Takasu.
Sebelum tikungan, ada lintasan lurus.
Garis lurus memiliki kelengkungan nol. Jadi, kalau kita menghitung kecepatan yang diperlukan untuk menghasilkan percepatan lateral 1.15 G di sana, hasilnya adalah tak terhingga.
Tentu bukan berarti mobil benar-benar bisa melaju dengan kecepatan tak terhingga. Secara matematis, ini hanya berarti bahwa jika kecepatan untuk menghasilkan G lateral 1.15 G dihitung dari kelengkungan saja, kecepatan yang dihasilkan mendekati tak terhingga saat kelengkungannya mendekati nol.
Kenyataannya, racing line tidak benar-benar lurus sempurna, sehingga kelengkungannya sedikit lebih besar dari nol. Meski begitu, hasil perhitungan kecepatannya tetap sangat tinggi.
(Sekali lagi, yang sedang kita bicarakan hanyalah kecepatan yang diperlukan untuk menghasilkan percepatan lateral 1.15 G pada jari-jari kelengkungan tersebut.)
Sebaliknya, di titik kecepatan terendah Tikungan 2, jari-jari kelengkungan racing line mencapai nilai terkecilnya, sekitar 15 meter.
LAP+ juga bisa menampilkan radius tikungan. Kalau memeriksa data dari sesi berkendara di sirkuit, mungkin kebanyakan orang akan menemukan angka di sekitar itu.
Dan mengikuti asumsi awal tadi, anggap saja kecepatan di titik tersebut sekitar 45 km/h.
Ketika jari-jari kelengkungan mengecil dari tak terhingga menjadi 15 meter, nilainya berubah secara bertahap, misalnya melalui 500 m, 100 m, 50 m, 30 m, 20 m, 17 m…
Kalau kecepatan yang menghasilkan percepatan lateral 1.15 G dihitung di setiap titik itu, hasilnya mungkin sekitar 270 km/h, 120 km/h, 85 km/h, 65 km/h, 55 km/h, 50 km/h…
Tapi ada kabar buruk: mobil saya yang sebenarnya tidak mungkin melewati Tikungan 2 dengan urutan kecepatan seperti ini… 85 km/h, 65 km/h, 55 km/h, 50 km/h…
Masalahnya, angka-angka itu dihitung sebagai kecepatan yang menghasilkan percepatan lateral 1.15 G pada masing-masing jari-jari kelengkungan, sehingga gaya ban arah memanjang yang dibutuhkan untuk mengerem belum diperhitungkan.
Ban tidak bisa menghasilkan grip melebihi batas lingkaran gesek, sementara mobil saya hanya mampu menghasilkan percepatan lateral maksimum 1.15 G.
Padahal, kalau melihat urutan kecepatan tadi, kecepatannya terus turun.
Kecepatannya turun… artinya mobil sedang mengerem.
Kalau kita mengabaikan gaya luar seperti hambatan udara, mobil harus menggunakan gaya ban untuk mengurangi kecepatan. Artinya, “ban terus-menerus memakai seluruh grip yang tersedia ke arah lateral untuk menghasilkan 1.15 G, tetapi entah bagaimana masih memakai grip tambahan untuk pengereman.”
Itu jelas tidak mungkin. Ada yang tidak masuk akal di sini.
Jadi, bagaimana cara menghitung perubahan kecepatan yang benar-benar memungkinkan?
Jawabannya sederhana: turunkan saja kecepatan di setiap titik sejak awal.
Pada jari-jari kelengkungan yang sama, kecepatan yang lebih rendah menghasilkan G lateral yang lebih kecil. Dengan begitu, sisa grip ban bisa dipakai untuk mengerem.
Hore! Masalah selesai. Tamat.
…Ternyata belum. Seberapa besar kecepatannya harus dikurangi?
Kalau tadinya 85 km/h, apa harus langsung diturunkan sampai 10 km/h? Atau mungkin 2 km/h?
Kalau begitu, waktu putarannya bakal lambat sekali.
Padahal, tujuan simulasi sirkuit adalah menghitung waktu putaran tercepat yang mungkin dicapai. Jadi, cara seperti itu tidak ada gunanya.
Karena itu, kita ingin mengurangi kecepatan sesedikit mungkin. Coba mulai dengan menurunkannya hanya 1 km/h, lalu hitung lagi.
Di sinilah “tingkat pemanfaatan ban” dari Konsep Dasar #3 digunakan.
Semua unsur yang diperlukan sudah diketahui. Tinggal masukkan angkanya untuk menghitung tingkat pemanfaatan ban.
Hasilnya, meskipun kecepatan diturunkan hanya 1 km/h, dari 85 km/h menjadi 84 km/h, tingkat pemanfaatan ban masih jauh di atas 100%.
Berarti belum bisa.
Berikutnya, langsung hitung ulang dengan menurunkan kecepatan sebesar 2 km/h.
Hasilnya… masih lebih dari 100%.
Jadi, hitung lagi dengan pengurangan 3 km/h.
Masih belum bisa.
Lalu 4 km/h.
Tetap belum bisa.
Lalu 5 km/h.
Masih kurang.
Kalau belum berhasil juga, coba 6 km/h… 7 km/h…
…dan terus ulangi sampai hasilnya mencapai:
Tepat 100%!!!
Fitur makro dalam program spreadsheet memungkinkan kita menjalankan proses berulang seperti ini.
Dengan kata lain, komputer bisa diminta mengulangi perhitungan secara otomatis berkali-kali sampai mencapai nilai yang kita cari.
Setelah menemukan kecepatan ketika tingkat pemanfaatan ban mencapai 100%, gunakan cara yang sama untuk menghitung kecepatan di titik sebelumnya, terus mundur dari sana.
Dengan cara inilah kecepatan pada sisi pengereman ditentukan.
Proses yang sama digunakan untuk sisi akselerasi.
Namun, jika pada sisi pengereman kita hanya perlu mempertimbangkan tingkat pemanfaatan ban, pada sisi akselerasi kita juga harus memperhitungkan “gaya penggerak tiap ban” dan “jumlah roda yang mendapat tenaga penggerak (konfigurasi penggerak)”. Jadi perhitungannya sedikit lebih rumit.
Tetapi pada dasarnya, yang kita lakukan tetap sama.
Setelah kecepatan dari sisi akselerasi dan pengereman dihitung, pilih nilai yang lebih rendah sebagai “kecepatan di titik tersebut”.
Dengan begitu, kecepatan di setiap titik sepanjang racing line untuk satu putaran penuh bisa ditentukan, lalu waktu putarannya dapat dihitung.
Kali ini saya melewati sebagian besar metode perhitungan yang sebenarnya dan hanya menjelaskan konsep dasarnya, sebatas yang mampu saya pahami.
Untuk benar-benar membuat simulasi sirkuit di Excel, masih ada beberapa masalah praktis yang harus diselesaikan. Jadi, kalau ingin mencobanya sendiri, saya sarankan mengikuti petunjuk yang dipublikasikan Tatsu.
Mungkin penjelasan saya tadi agak rumit, tetapi menurut saya begitulah kira-kira cara kerjanya.
Sebelumnya, saya tidak benar-benar mengerti apa yang secara fisik terjadi ketika mobil berusaha mengitari sirkuit secepat mungkin. Tapi sedikit demi sedikit, saya mulai memahaminya.
Ngomong-ngomong, saat menghitung kecepatan pada sisi akselerasi, kemampuan akselerasi yang diasumsikan berbeda antara 2WD dan 4WD, juga antara mobil bertenaga kecil dan besar. Karena itu, racing line yang optimal pun bisa sedikit berbeda (tergantung bentuk tikungannya).
Selain itu, momen yaw dan faktor sejenis sama sekali tidak digunakan dalam perhitungan ini. Jadi, mudah atau sulitnya mobil berbelok tidak secara langsung memengaruhi waktu putaran yang dihitung simulasi.
Simulasi ini hanya menghitung pergerakan titik berat mobil.
Namun, pada mobil sungguhan, distribusi bobot dan faktor lainnya memang memengaruhi performa mobil.
Lalu, bagaimana pengaruhnya?
Faktor-faktor itu menentukan seberapa jauh kondisi mobil sesungguhnya menyimpang dari kondisi ideal.
Dengan kata lain, ada faktor yang menghalangi mobil mengikuti racing line ideal pada kecepatan ideal.
Hal-hal seperti tata letak sistem penggerak, respons ban, seberapa cepat mobil merespons putaran setir, besarnya penguatan respons (gain), pengaturan redaman, faktor-faktor terkait wheel alignment, besarnya body roll, cara terjadinya perpindahan beban, dan sebagainya, semuanya memengaruhi gaya akselerasi, pengereman, atau menikung.
Pada akhirnya, semua pengaruh itu bisa dinyatakan sebagai G longitudinal dan lateral di suatu titik.
Dengan kata lain, yang dihitung oleh simulasi ini adalah waktu putaran teoretis jika mobil mampu mengikuti racing line ideal dengan kecepatan ideal.
Seberapa jauh mobil yang sebenarnya menyimpang dari kondisi ideal itu akibat setup atau input pengemudi.
Menurut saya, memahami hal tersebut juga penting untuk mengerti apa yang membuat mobil sungguhan bisa melaju cepat.
Nah, begitulah penjelasan saya tentang cara memahami simulasi sirkuit.
Jadi, kalian sekarang sudah bisa mengeluarkan Kamehameha belum… eh, maksud saya, sudah paham konsep dasarnya?
Cara berpikir ini sangat penting untuk memahami perilaku mobil ketika berusaha mengitari sebuah sirkuit tertentu secepat mungkin. Semoga penjelasan ini bermanfaat.