DESAIN ELECTRONIK CONTROL UNIT PADA KENDARAAN LISTRIK BERTENAGA BANTU SEL SURYA (Desmas A Patriawan ; Dr. Ir. Endra Pitowarno, M.Eng.) Program Studi D-4 Teknik Mekatronika Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Keputih Sukolilo – Surabaya 60111 ABSTRAK Kendaraan Listrik Bertenaga Bantu Sel Surya gen-1 (KLBS G-1) adalah sebuah kendaran listrik yang sumber energinya berasal dari tenaga matahari dengan Electronic Control Unit (ECU) sebagai pengontrol kendaraan. Pada buku ini dibahas tentang desain dan pembuatan sebuah sistem ECU pada KLBS G-1. Sistem terdiri dari pengatur kecepatan dengan kendali jelajah (Cruise Control), monitoring kecepatan kendaraan, kapasitas baterai dan jarak tempuh. Fokus dari ECU yang didesain adalah pada Cruise Control yang berfungsi untuk membatasi, mengendalikan daya dan kecepatan jelajah. Sedangkan Cruise Control yaitu dengan mengatur kecepatan yang diinginkan lalu kecepatan maksimal dari KLBS G-1 tidak akan melebihi dari kecepatan yang sudah ditentukan pada tampilan LCD. LCD juga menampilkan kecepatan kendaraan (speedometer), kapasitas baterai dan jarak tempuh KLBS-1 yang input output dikontrol oleh ATmega16. Kemudian hasil dari uji coba arus dan kapasitas baterai sangat dipengaruhi oleh beban yang diberikan. Kemudian pada Cruise Control paling tepat menggunakan Kontrol PID sehingga motor dapat langsung berputar pada kecepatan referensi. Kata kunci : Kendaraan Listrik Bertenaga Surya gen-1 (KLBS-1) dan Electronics Control Unit (ECU).
mengendalikan Anti-lock Break System (ABS) pada kendaraan, adanya sistem navigasi pada kendaraan, hingga kedepan kendaraan bisa terhubung kangsung dengan Internet dan bisa berkomunikasi dengan kendaraan lain untuk mencegah kecelakaan.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi kendaraan listrik pada era sekarang ini semakin cepat berkembang. Banyak hal yang menyebabkan para ahli meneliti kendaraan Listrik. Karena keterbatasaan sumber energi fosil yang membuat begitu cepat berkembangnya teknologi kendaraan listrik (Allen Fush, 2009). Bahkan LIPI juga sudah mengembangkan mobil listrik yang diberi nama MARLIP (Marmut Listrik LIPI) yang tujuan pengembangan mobil listrik ini untuk menekan penggunaan minyak bumi dan polusi lingkungan (LIPI, 2003). Sebagai salah satu sumber energi alternatif,cahaya matahari bisa dikembangkan menjadi sumber energi yg murah dan bebas polusi. Di Indonesia adalah negara tropis yang mempunyai 2 musim saja, yaitu panas dan hujan. Matahari akan bersinar terus hampir sepanjang tahun, meskipun pada musim hujan akan terjadi penurunan intensitas. Kondisi iklim seperti inilah yang membuat matahari dapat menjadi sebagai sumber tenaga alternaif masa depan di Indonesia (Rahardjo, A. 2008).
1.2 Permasalahan Permasalahan yang terdapat pada tugas akhir ini adalah : 1. Bagaimana mendesain dan mengembangkan sistem kecerdasan pada motor Kendaraan Listrik Bertenaga bantu Sel Surya g-1 (KLBS G-1). 2. Bagaimana membuat kontrol sistem pengendalian KLBS G-1 supaya dapat berjalan dengan efisien dan aman. 1.3 Tujuan Tujuan yang ingin dicapai oleh Tugas Akhir ini adalah Kendaraan dapat berjalan, bermanufer dan dapat melakukan pengaturan kecepatan maksimal dari KLBS G-1. Supaya KLBS G-1 bisa bermanfaat untuk pengembangan kendaraan listrik selanjutnya. 1.4 Batasan Masalah Adapun batasan masalah dari Tugas Akhir ini: a. Kendaraan dapat bermanufer dengan baik b. Mengetahui kapasitas dari baterai. c. Mengetahui dan membatasi kecepatan dari kendaraan d. Mengatur kecepatan rata-rata pada kendaraan
Electro Control Unit adalah sistem elektronik yang digunakan dalam pada sistem kendaraan bermotor, sistem itu biasanya di singkat dengan ECU. Pada kendaraan bermotor ECU ini biasa digunakan untuk mengendalikan sistem kendaraan bermotor dengan perangkat elektronik, seperti : mengatur jumlah bahan bakar yang sudah dikembangkan oleh perusahaan Volks Wogen (VW) pada tahun 1960, 1
1.5 Metodologi Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini diperulkan suatu metode untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Oleh karena itu dalam perencanan dibuat langkahlangkah yang dapat memaksimalkan dalam pelaksanaan pengerjaan Tugas Akhir ini. 1. Studi Literatur mengenai Vehicle Dynamic dan Electro Control Unit (ECU). 2. Pembuatan desain pada kendaraan dan ECU. 3. Pembuatan Kendaraan Listrik Bertenaga Bantu Sel Surya (KLBS-1) yang meliputi rangka, system steering dan bagian belakang. Pembuatan Sistem ECU. 4. Pengujiaan Kendaraan dan ECU yang dilakukan terpisah. 5. Pengujian akhir kendaraan dan ECU secara bersama-sama. 6. Analisa dan eksperimen yaitu pengujian dari sistem dan membandingkan hasilnya dengan hasil eksperimen. Kemudian melakukan perbaikan pada bagian yang kurang.
3.
4.
5.
dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Kecepatang angin, Karena dengan berhembusnya angin dapat mendinginkan permukaan kaca dari larik Sel Surya. Keadaan atmosfir juga menjadi salah satu factor, seprti ketika berawan, mendung, terdapat partel debu. Orientasi panel surya, yaitu rangkaian sel surya yang diatur kearah matahari secara optimum adalah penting agar panel surya dapat menghasilkan energy maksimum.
2.2 Konsep Perancangan Struktur Kendaraan Dalam Perancangan bentuk dari Kendaraan Listrik Bertenaga Surya Gen 1 (KLBS-1) ada 2 proses pokok yaitu proses sintesa dan proses analisa. Dalam proses Sintesa adalah direncanakan ukuran-ukuran dan bentuk geometrinya sehingga dapat melakukan pekerjaan yang diinginkan. Sedangkan proses analisa direncanakan material dan dipelajari kualitas perilaku peralatan supaya terhindar dari dampak yang tidak diinginkan. Perancangan pada kendaraan dilakukan dengan tujuan menekan biaya, waktu, alat ukur dan lain-lain. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dimana dapat memberikan cara yang lebih efisien pada manusia untuk berproduksi. Berdasarkan ilmu-ilmu pengetahuan orang dapat membuat model. Dalam hal ini 3 model yang akan dilakukan yaitu phisikal model, skematik model, matematika model. Pada gambar 2.2 akan dijelaskan hubungan antara ketiga model tersebut dalam proses pembuatan model dan analisanya.
BAB II STUDI PENDAHULUAN 2.1 Sel Surya Sel surya dibuat dari bahan semikonduktor yaitu serupa silikon yang berperan sebagai isolator pada saat temperature rendah dan sebagai konduktor bila kondisi panas. Silikon Sel Surya adalah sebuah diode yang terbentuk dari lapisan atas silikon tipe n dan lapisan bawah silikon tipe pseperti pada gambar 1 (Amien Raharjo, 2008).
Gambar 2.1. Diagram sebuah Sel Surya (Dari: Steven J. Strong, The Solar Electric House, p18)
Gambar 2.2 Proses Pemodelan 2.3 Electronic Control Unit Sistem ini bisa dibilang adalah akan menjadi otak dari dari kendaraan yang akan dibuat. Karena sistem yang akan menjalankan kendaraan, dengan mengatur putaran roda sehingga dididapat kecepatan yang diinginkan. Dengan sistem ini juga dapat mengetahui berapa besar kapasitas dari baterai. Sistem ini sebelumnya digunakan pada kendaraan bermotor dengan sistem pembakaran, terutama pada kendaraan Mobil yang terbaru. Pada Sistem mobil ECU biasanya digunakan untuk mengatur campuran bensin dan udara pada untuk dimasukan pada ruang pembakaran pada mesin sesuai kebutuhan mesin. Sehingga didalam suatu kendaraan terdapat banyak sensor yang mendeteksi apakah campuran itu
Elektron-elektron terbentuk dari million potongan atau benturan atom pada lapisan penghubung, hal itulah yang menyebabkan terjadinya aliran listrik. Pengoperasian Sel Surya sangat bergantung pada beberapa hal dibawah ini: 1. Temperatur adalah salah satu bagian hal yang sangat berpengaruh dalam peningkatan efisiensi kinerja dari Sel Surya. Sel Surya beroperasi secara maksimum jika temperatur sel tetap normal (25oC). 2. Faktor kedua yang mempengaruhi kinerja Sel Surya adalah radiasi matahari. Radiasi matahari terhadap bumi sangatlah bervariasi 2
baik atau tidak sesuai dengan putaran mesin. Hal ini yang membuat mesin semakin irit namun tetap bertenaga. Sistem yang akan dibangun pada kendaraan ini akan sangat berbeda karena disini kendaraan tidak menggunakan bahan bakar melainkan menggunkan motor listrik yang sumber energinya berasal dari baterai yang diisi dari Sel Surya. Karena perbedaan ini ada beberapa sensor yang tidak akan digunakan. Dibawah adalah gambar proses ECU pada kendaraan berbahan bakar
2.4 Motor DC Gambar 2.4 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama: 1. Kutub medan. Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. 2. Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo. 3. Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Gambar 2.3. Keseluruhan proses ECU pada kendaraan bakar (Dari: Toyota Motor. (2000), ECU Process and Output Function)
Dari gambar diatas dapat dilihat ada 3 bagian penting yaitu Input berupa sensor, kemudian proses yang dikerjakan oleh ECU, lalu output yang berupa akuator. Sensor merupakan transducer yang digunakan untuk mendeteksi kondisi suatu proses. Sedangkan transducer adalah perangkat keras untuk mengubah informasi suatu bentuk energi ke informasi bentuk energi yang lain secara proporsional. Dibawah gambar sensor yang digunakan ECU pada kendaraan bakar. Pada kendaraan thermistor di tempatkan pada mesin dan bodi mobil untuk mengukur suhu mesin dan ruangan dalam mobil. Sedangkan potensiometer digunakan untuk mengukur kapasitas dari bensin dan bisa juga sebagai electric power steering. Switch digunakan untuk saklar, seperti menyalakan mobil, membunyikan bel, menyalakan lampu, dan lain-lain. Voltage Generator untuk mendeteksi kondisi kelistrikan pada mobil. Lalu Magnetic Pickup untuk mendeteksi kondisi mesin. Didalam ECU terdapat beberapa bagian penting didalamnya yaitu Microcomputer dan Self Diagnosis. Pada bagian Microcomputer terdapat microprosesor, program ROM, program PROM dan RAM. Pada Program ROM dan PROM hanya terhubung langsung dengan microprosesor. Sedangkan pada RAM akan terhubung pada Self Diagnosis, yang bertujuan untuk mendeteksi apabila ada kesalahan dan langsung memperbaikinya.
Gambar 2.3 Sebuah motor DC brushless Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur: -
Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan - Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut 3
dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut: Gaya elektromagnetik: E = KΦN Torque: T = KΦIa Dimana: pada
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan terminal dinamo (volt)
arus
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan medan
Gambar 3.1. KLBS-1 yang tampak dari atas Perancangan awal dimulai dari pembuaatan rangka utama. Pada perancangan rangka utama material yang digunakan adalah besi yang berbentuk pipa. Karena pada besi yang berbentuk pipa ini mudah untuk didapatkan, besi ini juga tidak telalu mahal dan cukup mudah untuk dibentuk. Karena pembentukan menggunakan mesin las, maka material besi yang baik untuk digunakan. Pada gambar 3.2 adalah rangka kendraan dari atas.
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit) T = torque electromagnetik Ia = arus dinamo K = konstanta persamaan BAB III
DESAIN TUGAS AKHIR DAN PEMBUATAN DESAIN SISTEM 3.1 Spesifikasi Kendaran Kendaraan yang akan dirancang dan dibuat dengan spesifikasi seperti dibawah ini: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Berat bersih : 82kg Kapasitas : 2orang (200Kg) Kecapatan Maksimal : 40km/jam Baterai : 12 Ah Daya Motor : 300 watt tiap motornya Panjang Kendaraan : 1450mm Tinggi Kendaraan : 1400mm Lebar Kendaraan : 1072mm
Gambar 3.2. Rangka kendaraan dari atas Dari gambar 3.1 dan 3.2 yang menjadi desain gambar dari keseluruhan rangka Kendaraan Listrik. Maka dipotonglah menjadi beberapa bagian. Pada gambar 3.5 ini merupakan rangka utama yang menjadi penyangga. Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya rangka utama terbuat dari besi dan bagian penghubung dengan swing arm terbuat dari besi yang berukuran lebih kecil. Penyambungan antara kedua jenis besi ini dilakukan dengan pengelasan. Setelah di lakukan proses pengelasaan pada penghubung swing arm ini akan diberikan teflon supaya ketika terjadi guncangkan dapat diredam oleh teflon tersebut. Pada gambar 3.2 diatas adalah frame utama dari kendaraan yang akan kami rancang yang menggunkan satuan millimeter. Materialnya ialah besi, dengan berbentuk pipa yang tidak terlalu tebal, namun cukup
3.2 Model Kendaraan Pada langkah awal dalam pengerjaan Desain Tugas Akhir adalah membuat model dari kendaraan tersebut. Dalam gambar dibawah ini adalah gambar dari Kendaraan Listrik Bertenaga Surya Gen-1 (KLBS G-1) secara keseluruhan pada kendaraan namun bodi dan dashboard belum dibuat karena proses penambahan asesoris dapat dilakukan sewaktu-waktu dan bisa berubah. Rancangan kendaraan ini sudah meliputi kerangka pokok dan fungsi-fungsi penting pada kendaraan. Gambar 3.1 adalah gambar KLBS G-1 yang tampak dari atas.
4
kuat untuk menopang berat orang sekitar 200kg. Dalam proses penyambungan frame menggunakan las listrik.
Gambar 3.5. Bagian ujung dari Arm Shaft yang dibuat dalam ukuran dengan diameter 10mm dengan panjang 110mm dan yang kedua 160mm. Pada shaft yang panjang akan digunakan sebagai pengubung antara arm dengan frame pada bagian yang kemudian dibuat sedemikian rupa sehingga memiliki prinsip yang mirip dengan engsel pada pintu. Sedangkan pada shaft yang lebih pendek digunakan sebagi penghubung arm dengan sleeve yang kemudian menghubung pada roda. Pada gambar 3.6 dapat dilihat lebih detail dari gambar sleeve. Gambar 3.3. frame utama Bagian kedua pada rancangan kendaraan ini adalah Arm atau yang biasa disebut orang lengan. Dalam desain jumlah arm akan dibuat sebanyak 8 buah empat pada depan bagian frame utama dan empat pada bagian frame belakang. Arm berfungsi sebagi penghubunga antara roda dengan frame utama. Pada Arm nanti juga akan dipasang sistem shock breaker sebagai penahan getaran jika jalan tidak rata. Pada gambar 3.4 adalah gambar dari Arm KLBS G-1.
Gambar 3.6. bentuk dari sleeve Sleeve inilah yang akan jadi penghubung antara arm dengan roda. Pada sleeve terdapat banyak sekali bagian-bagian yang dibuat secara terpisah. Pada kedua ujung sleeve terdapat dua baja yang mirip dengan bentuk silinder, namun ujungnya diberi teflon untuk meredam getaran. Kedua silinder ini terdapat 4 lubang yang akan digunakan dengan tujuan masing-masing. Seperti pada lubang yang bagian belakang masingmasing kedua silinder yang digunakan untuk menghubungkan keduanya dengan shaft yang ujungnya dibuat baut. Diatas dan bawah akan digunakan sebagai tempat shaft yang kemudian dihubungkan dalam roda dan arm. Pada gambar 3.7. akan diperlihatkan pemasangan antara roda, arm dan sleeve.
Gambar 3.4. Arm Pada gambar 3.5 adalah bagian dari ujung arm yang dimana pada lubang tersebut akan dipasang teflon dan shaft sehingga kendaraab jadi lebih tahan terhadap goncangan yang kecil dan shaft nanti sebagai penghubung antara arm dengan roda. Sedangkan shaft sendiri dibuat dengan bahan baja, sehingga cukup kuat jika terkena benturan dan dibebani beban yang cukup berat.
Gambar 3.7. Pemasangan roda, arm dan sleeve 5
Rack and pinion adalah sistem steering atau kemudi yang sering digunakan oleh kendaraan penumpang. Pada gambar 3.4 rack kemungkinan besar ditempatkan di salah satu dari depan atau disamping as roda. Partama-tama, putaran dari steering teering roda di pindahkan melalui kotak steering ke rack travel dan menggunakan drag link atau hubungan yang tertarik memindahkan ke dalam putaran roda , . Karena itu, keseluruhan steering ratio bergantung pada steering box dan pada kinematik dari steering linkage. linkage Pada gambar 3.8 adalah gambar sistem steering pada rack and pinion.
Pada gambar 3.10. adalah diagram blok dari sistem ECU yang akan dibuat.
Gambar 3.10. Diagram blok pada ECU Sebagai kontroler dipakai Atmega 16. Penggunaan Atmega 16 karena dalam dala ECU yang di desain memang tidak terlalu banyak input dan ouput yang diperlukan. Sehingga cukup menggunakan mengg Atmega16 sebagai kontroler.. Kontroler ler ini digunakan untuk mengendalikan kecepatan dari KLBS G-1. 1. Jadi ketika menginginkan kecepatan tertentu tinggal mengatur kecepatan yang dinginkan maka KLBS G--1 tidak akan melampaui kecepatan yang sudah ditentukan. Jadi enegi yang berasal dari baterai akan semakin irit. Sistem ini dinamakan dengan kendali jelajah (Crusie ( Control). Pada proses breaking atau pengereman hanya menggunakan sistem mekanik dengan bantuan cakram yang ada di depan kendaraan. Sensor sor yang digunakan pada KLBS G-1 G tidak terlalu banyak hanya menggunakan potensiometer, limit switch dan sensor arus. Potensiometer adalah sensor yang digunakan sebagai pengatur kecepatan motor. Limit switch digunakan sebagai pengatur kendaraa supaya kendaraan aan dapat maju ataupun mundur, untuk menghidupkan beberapa komponen elektronika juga menggunakan limit switch. Sensor arus digunakan untuk mendeteksi kapasitas dari baterai, yang kemudian ditampilkan pada LCD. LCD
Gambar 3.8. Sistem steering pada rack and pinion (Dari: Georg Rill. (Oktober, 2006), Vehicle Dynamic) Bentuk steering dari KLBS-11 dapat dilihat lebih jelas pada gambar 3.9.
Gambar 3.9. Gambar Sistem Steering yang di pasang pada KLBS-1
Dari gambar 3.13 dapat dilihat bahwa kemudi dari KLBS G-11 akan berada disebelah kiri namun pada pembuataannya nnya nanti kemudi akan disesuaikan dengan kondisi kendaraan dan kenyamanan penumpang. 3.3 Desain dari Electro Control Unit Karena system yang diusung oleh kendaraan Listrik berbahan bakar bantu solar cell tidak terlalu rumit maka Electro Conttol Unit yang dibuat juga tidak akan terlalu rumit. Untuk mengatur kecapatan kendaraan KLBS-11 (Kendaraan Listrik Bahan bakar Solar cell generasi 1) hanya menggunakan potensiometer dengan menempatkan pada pedal gas. gas Lalu untuk dengan bantuan relay dan switch bisa mengubahh putaran dari motor sehingga kendaraan dapat berjalan mundur. Desinnya adalah sebagai berikut merancang suatu sistem yang eltronik yang digunakan untuk mendapatkan hasil: • Mendisain bagaimana cara memonitor berjalan dan bermanufer. • Mendesain alat untuk mendeteksi kapasitas baterai • Mendesain alat untuk mendeteksi kecepatan pada kendaraan.
Driver motor yang akan digunakan ialah driver motor otor dengan H-bridge H converter. Jadi kecepatan dari permanen magnet motor DC dapat diubah menjadi bermacam-macam bermacam aplikasi pada terminal. Satu fariasi yang dapat digunakan ialah menggunakan teknik Pulse Witdh Modulation (PWM). Dengan menggunakan teknik ini, frekuensi pada sinyal tegangan dapat diubah-ubah ubah dengan panjang lebar pita sehingga dapat diaplikasikan untuk mengendalikan kendaraan. Pada gambar 3.9 contoh dari PWM, dalam sinya T adalah periode, adalah pulse-widt, dan adalah sinyal amplitudo. Tegangan rata-rata rata dapat dihitung:
6
Jadi ketika dilakukan pengujian tanpa penumpang dilakukan Pada pengujian tahap pertama ini pengukuran dilakukan pada seberapa besar arus yang digunakan. Sehingga dapat diketahui berapa lama kendaraan itu dapat digunakan. Dibawah ini adalah gambar pengujian arus dengan 3 perbandingan, yaitu tanpa penumpang, dengan satu penumpang dan 2 penumpang. Gambar grafik dapat dilihat pada gambar 4.2.
Dimana: Vavg adalah tegangan rata-rata. T adalah periode td adalah pulse-widt Vm adalah sinya Amplitudo k tugas adalah melakukan putaran. Pada gambar 3.17 adalah gambar sinyal dari
PWM. Dari sinyal PWM ini dapat dilakukan pengaturan motor dengan memberi jarak frekuensi semakin rapat maka motor akan semakin cepat. Bila menginginkan laju motor melambat maka frekuensi pada sinyal PWM diberi jarak yang agak jauh. Oleh karena itu PWM dapat dioperasikan dengan menggunakan pemrograman. Jika ingin motor berjalan pada arah terbalik, bisa dengan membalikan arah . Pada gambar 3.18 dapat dilihat cara mengendalikan motor dengan PWM.
Gambar 4.2. Pengujian Arus yang kedua Dalam pengujian ini dapat dilihat bahwa arus yang dikeluarkan oleh baterai sangatlah besar terutama jika jumlah penumpang ditambah. Namun yang menarik adalah justru pada saat potensiometer di putar penuh arus kenaikannya paling kecil. Ini dikarenakan menggunakan potensiometer nonlinier. Sehingga arus keluar yang terbaik justru saat potensiometer diputar penuh. 4.2 Pengujian Kapasitas Baterai pada KLBS G-1. Kemudian ujicoba yang kedua adalah bagaimana cara mengetahui kapasitas baterai. Pengujian ini dilakukan dengan cara melakukan ketika baterai penuh dengan tegangan 48V, kemudian motor diputar dengan putaran maksimal. Setelah itu dapat diketahui berapa lama baterai dapat digunakan. Pada pengujian ini ada 2 tahap dengan 1 penumpang dan dengan 2 penumpang. Pengujian kapasitas baterai dengan satu penumpang dapat dilihat pada gambar 4.3.
Gambar 3.11. Mengubah arah gerak motor DC dengan PWM
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANLISA SISTEM 4.1 Pengujian pada Arus pada KLBS G-1. Pada pengujian tahap pertama ini pengukuran dilakukan pada seberapa besar arus yang digunakan. Disini nanti ada dua model grafik yaitu arus pada saat beban hanya motor dan grafik pada saat kendaraan melaju dengan penumpang, baik dengan satu penumpang maupun dua penumpang . Jadi pengujian ini menggunakan potensiometer yang diputar. Hasil dari pengujian dapat dilihat pada gambar 4.1.
Gambar 4.3. Pengujian Kapasitas Baterai dengan melihat penurunan tegangan.
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa saat baterai mulai habis dapat dilihat ketika adanya penurunan tegangan pada baterai itu. Pada saat diuji tanpa penumpang baterai tidak mengalami penurunan tegangan yang berarti. Namun setelah 4 jam kemudian
Gambar 4.1. Pengujian Arus dengan 1 penumpang dan tanpa penumpang
7
tegangan baterai terjadi penurunan, yang kemudian menurunkan putaran motor juga. Kemudian kendaraan dinaiki oleh satu orang penumpang. Pada 1 jam pertama setelah kendaraan di tumpangi, sudah mulai adanya penurunan penumpang. Penurunan ini lebih cepat di karenakan arus yang digunakan pada saat KLBS G-1 lebih besar. Hal ini disebabkan oleh motor mendapat beban dari berat KLBS G-1 dan berat penumpang.
Gambar 4.5. Diagram Simulink Kontrol P pada Motor KLBS G-1
Gambar 4.4. Pengujian Kapasitas Baterai dengan melihat penurunan tegangan yang ditambah dengan 2 penumpang. Hal ini juga akan sama ketika di tambahkan penumpang lagi. Karena beban ditambah maka motor juga akan mengambil arus yang lebih besar. Sehingga Kapasitas baterai juga lebih cepat habis dan jarak tempuh dari KLBS G-1 juga semakin pendek bila beban ditambahkan. Gambar dapat dilihat pada gambar 4.4.
Gambar 4.6. Grafik hasil percobaan Kontrol P pada Motor KLBS G-1
4.3 Pengujian Crusie Control Kemudian pengujian kali ini adalah dengan menguji kemampuan Curise Control. Pada pengujian ini akan menggunakan empat tahap untuk mendapatkan sistem kontrol yang baik untuk di terapkan pada Cruise Kontrol sistem. Pertama Kontrol P, lalu Kontrol I, Kontrol D dan yang terakhir menggunakan kontrol PID.
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa ketika di berikan nilai Kp yang besar akan menyebabkan osilasi pada waktu start. Sedangkan jika diberikan nilai Kp yang kecil maka offset atau steady-state error semakin besar. Kemudian pada percobaan yang kedua motor pada KLBS G-1 di beri beban sebesar bergantian pertama akan di beri beban hanya berupa berat dari KLBS G-1 itu sendiri, yaitu seberat 150kg atau sama dengan 1500N. Kemudian ditambah dengan massa dari penumpang yaitu sebesar 70kg dan kedua 140 kg yaitu diibaratkan ada 2 penumpang yang naik. Terus dari hasil ujicoba yang pertama digunakan nilai Kp sebesar 2.5 yang hasilnya paling baik diantara yang lain, sekalipun respon time tidak terlalu cepat. Gambar diagram simulinknya dapat dilihat pada gambar 4.7.
4.3.1 Pengujian Kontrol P untuk Cruise Control Pada pengujian awal KLBS-G1 diuji dengan Kontrol P untuk menguji Kecepatan putar pada motornya. Pada uji coba pertama motor diuji tanpa beban. Dengan parameter dibawah ini. L = 0.062H R = 2.5Ω Konstanta torsi motor, Ktn = 200 Nm/A Konstanta tegangan balik emf, Kb = 0.02V/rad.s-1 Momen inersia rotor dan beban, Jeff = 6kg/m2 Koefisien viskos rotor dan beban, feff = 0.1 Dari parameter-parameter diatas motor dapat di uji melalui simulasi pada Matlab. Pada gambar 4.5 dapat dilihat diagram simulink Kontrol P.
Gambar 4.7. Diagram Simulink Kontrol P dengan beban pada Motor KLBS G-1
8
Gambar 4.10. Grafik hasil percobaan Kontrol I pada Motor
Gambar 4.8. Grafik hasil Percobaan Kontrol P dengan
KLBS G-1
penambahan beban pada Motor KLBS G-1
Dari diagram diatas kemudian dicoba bagaimana pengaruh dari Kontrol I terhadap motor KLBS G-1. Pada gambar 4.9 dapat dilihat bahwa memang benar kontrol I dapat memperbaiki steady state error pada Kontrol P. Namun jika pemberian nilai Ki yang terlalu besar akan menyebabkan osilasi pada waktu start. Sehingga penggunaan Kontrol I pada Cruise Control ini menjadi kurang baik. Namun pada percobaan ini dilakukan tanpa beban. Ini nanti akan dilihat kembali apakah efeknya akan sam ketika Kontrol I diberi beban atau tambah baik kinerja dari Kontrol jika di beri beban. Kemudian pada percobaan yang kedua pada Kontrol I akan diberi beban. Pemberian beban ini dilakukan sama seperti uji coba pada saat menggunakan Kontrol P, yaitu dengan menggunakan tiga tahap pembebanan. Pada gambar 4. 11 adalah diagram simulink dengan beban.
Hasil percobaan dapat dilihat pada gambar 4.7 dan sesuai dugaan sebelumnya beban pada KLBS G-1 memang mempengaruhi kinerja dari motor. Sehingga motor tidak dapat mencapai kecepatan maksimal, yang sesuai dengan refrensi dan semakin berat beban yang diberikan kecepatan motor juga semakin menurun. 4.3.2 Pengujian Kontrol I untuk Cruise Control Kemudian pada percobaan yang kedua, yaitu dengan mencoba kecepatan motor dengan Kontrol Integral. Tujuan dari penggunaan Kontrol Integral adalah untuk mengurangi steady-state error. Pada penggunaannya tetap saja Kontrol Integral tidak bisa digunakan sendiri. Biasanya Kontrol Integra digunakan bersama dengan Kontrol P. Pada percobaan ini Kontrol P diatur pada 2.5. Karena yang akan dilihat adalah efek dari Kontrol Integral yang mana nanti apakah mempengaruhi kinerja motor KLBS G-1. Parameter Ki akan di atur pada 0. 5 dan 20. Karena pada saat Ki = 0 ingin melihat efek dari kontroler p saja. Pada gambar 4.9 adalah gambar diagram Simulink dari Kontrol PI.
Gambar 4.11. Diagram Simulink Kontrol I dengan penambahan beban pada Motor KLBS G-1
Gambar 4.9. Diagram Simulink Kontrol I Motor KLBS G-1
Gambar 4.12. Grafik hasil Percobaan Kontrol I dengan penambahan beban pada Motor KLBS G-1.
9
Kemudian pada percobaan yang kedua pada Kontrol D, yaitu dengan penambahaan beban. Penambahann beban yang dilakukan dengan menggunakan parameter-parameter yang sama dengan Kontrol I. Percobaan ini juga dilakukan dengan tiga tahap supaya mengetahui efek dari pembebanan terhadap Kontrol D.
Ini ada hal yang menarik pada Kontrol I karena ketika KLBS G-1 dibebani jutru terjadi pengurangan osilasi pada saat motor start. Tidak hanya itu, steadystate error juga dapat dikurangi. Tetapi jika sistem tetap dimasukan kedalam Cruise control yang terjadi adalah KLBS G-1 akan mengalami hentakan pada saat start. Ini nanti akan mengganggu kenyamanan dari penumpang. Oleh karena itu perlu dicoba juga pengujian dengan Kontrol D.
4.3.3
Pengujian Kontrol D untuk Cruise Control Pada percobaan dengan Kontrol I dapat dilihat bahwa memang steady-state error dapat berkurang namun terjadi osilasi pada saat motor KLBS G-1. Untuk mengurangi terjadinya efek overshoot (respon yang berlebihan) maka uji coba yang ketiga dengan menggunakan Kontrol D. Karena memang Kontrol D digunakan untuk mengurangi efek dari respon berlebihan pada waktu start. Pengujian ini dengan nilai Kp = 2.5. Lalu nilai Kd = 0, 0.075, 0.1. Dengan member nilai Kd = 0 bertujuan supaya memberi perbedaan ketika diberi bagaimana fungi dari Kontrol D terhadap sistem ini.
Gambar 4.15. Diagram Simulink Kontrol D dengan penambahan beban pada Motor KLBS
Gambar 4.13. Diagram Simulink Kontrol D Motor KLBS Gambar 4.16. Grafik hasil Percobaan Kontrol D dengan
G-1.
penambahan beban pada Motor KLBS G-1
Pada waktu uji coba dilakukan didapatkan hasil bahwa Kontrol D memang tidak responsif ketika diberi beban. Begitu beban terpasang pada Kontrol D, steadystate error juga semakin besar dan tidak bisa mendekati nol. Jadi ketika beban semakin besar maka error yang terjadi juga semakin membesar. Hasil dari pengujian dapat dilihat pada gambar 4.16. Penerapan Kontrol D pada Cruise Control Sytem sepertinya masih kurang baik. Hal ini disebabkan Kontro D masih kurang tangguh apabila diberi beban. Sehingga bisa mengakibatkan KLBS G-1 tidak akan bisa mencapai kecepatan yang diinginkan dan akan terus berkurang jika beban yang diberikan semakin berat. Untuk itu pengujian terakhir akan menggunakan Kontrol PID untuk melihat memperbaiki kinerja dari motor KLBS G-1.
Gambar 4.14. Grafik hasil percobaan Kontrol D pada Motor KLBS G-1.
Dari hasil pengujian menggunakan Kontrol D dapat dilihat bahwa pada saat Kp = 2.5 dan Kd = 0 terjadi overshoot. Kemudian pada ketika diberi Kd = 0.075 didapatkan efek overshoot atau respon yang berlebihan memang banyak berkurang. Namun respon motor menjadi lambat. Lalu dengan menambahkan nilai Kd = 0.1, yang terjadi respon bertambah lambat dan steady-state error juga bertambah.
4.3.4
Pengujian Kontrol PID untuk Cruise Control Dari percobaan-percobaan sebelumnya dapat diketahui bahwa pada Kontrol P, I, maupun D mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Untuk mendapatkan hasil terbaik untuk sistem Cruise Control pada KLBS G-1. Maka pada percobaan terakhir ini pengujian dilakukan dengan 10
menggabungkan dari ketiga Kontroler tersebut. Penggabungan dari kontroler tersebut adalah PID, dan diharapkan Kontroler ini dapat memperbaiki respon gerakaan motor pada KLBS G-1. Pada percobaan kali ini nilai Kp = 2.5, Ki = 5 dan Kd = 0.075. Nilai-nilai ini coba diberikan karena mengacu pada hasil terbaik ketika nilai-nilai ini diberikan pada percobaan sebelumnya. Namun bukan berarti nilai-nilai ini menjadi yang terbaik. Oleh karena itu percobaan ini akan dilakukan tiga kali untuk mendapatkan nilai terbaik. Pada gambar 4.17 adalah gambar diagram simulink dari Kontrol kecepatan PID. Gambar 4.19. Diagram Simulink Kontrol PID dengan penambahan beban pada Motor KLBS G-1
Gambar 4.17. Diagram Simulink Kontrol PID Motor KLBS G-1
Gambar 4.20. Grafik hasil Percobaan Kontrol PID dengan penambahan beban pada Motor KLBS G-1
Dari sekian banyak pengujian yang dilakukan, yang memberikan hasil yang terbaik adalah ketika diberikan Kontrol PID. Hasil simulasi menunjukan respon kontroler PID terhadap perubahan beban pada motor. Terlihat bahwa kontroler PID mampu menjaga konvergensi atas perubahan tersebut. Memang nilainilai pada uji coba ini, di-tune secara manual dengan metode trial and error. Hasilnya pun memang bukan yang terbaik. Tetapi bisa di jadikan referensi ketika dilakukan pengujian kembali.
Gambar 4.18. Grafik hasil percobaan Kontrol PID pada Motor KLBS G-1
Setelah pengujian tanpa beban pada Kontrol PID didapatkanlah nilai Kp = 7 Ki = 2.5 dan Kd = 0.175. Pada nilai-nilai ini kemudian akan diuji dengan pemeberian beban yang sama dilakukan pada saat pengujian pada Kontrol I dan Kontrol D. Pengujian pertama dengan member beban sebesar 1470N. Kemudian yang kedua dengan pemberian beban sebesar 2156N. Pengujian beban yang terakhir adalah dengan memberi beban sebesar 2842N. Pengujian ini nanti pasti akan member efek yang berbeda pada Kontroler PID. Diagram blok simulink dapat dilihat pada gambar 4.19.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Pada bagian ini akan dibahas tentang kesimpulan dari pengujian yang sudah dilakukan. Pada pengujian ini didapatkan hasil bahwa. 1.
11
Cara mendesain yang baik dalam mengembangkan sistem Elektronik dan pengendalian atau pada bagian ini ECU adalah dengan melihat kebutuhan dari sebuah kendaraan itu sendiri. Seperti pada KLBS G-1 hanya menggunakan Atmega 16 sebagai mikrokontroler. Kemudian untuk sensor menggunakan potensiometer, limit swtich dan sensor arus.
2.
Untuk Sistem Pengendaliannya ketika pengujian dilakukan yaitu dengan mencoba Kontrol P, I, D maupun Kontrol PID hasil yang terbaik dalam mengendalikan kecepatan motor pada KLBS G-1 adalah Kontrol PID. Terlihat bahwa kontroler PID mampu menjaga konvergensi atas perubahan tersebut, sehingga overshoot semakin mengecil dan steady-state error juga semakin kecil.
Strong, Steven J. (2002)” Solar Electric House”, Solar Design Associates, Inc. Harvard Massachusetts. Sutantra, N. (1999). “Rancang Bangun Sistem Kemudi 4 Roda Multifungsi”. Laporan Penelitian Hibah Bersaing VII. DIKTI. Jakarta. Sutantra, N. (2001). “Teknologi Otomotif”. Buku Teks. Surabaya: Penerbit Guna Widya
5.2 Saran Adapun saran yang bisa diberikan dalam pengembangan perangkat keras ini lebih lanjut adalah sebagai berikut : 1. Perlunya pengendali pada masing-masing motor sehingga pergerakan pada saat KLBS G-1 berbelok dapat lebih nyaman dan aman. 2. Penyempurnaan bentuk kendaraan sehingga kendaraan dapat digunakan pada berbagai kondisi. Dengan memanfaatkan pengereman dengan motor bisa digunakan untuk meyimpan energi yang terbuang dari hasil pengereman. DAFTAR PUSTAKA _________. (1999) “ Panasonic Solar Cell Technical book”, Panasonic Sales Companies and Panasonic Agencies. U.S.A. _________. (2002), “ Toyota Electronic Control Transmission”, Toyota Motor Sales, U.S.A. _________. (2003), “ Sistem Penggerak Mobil Listrik yang diterapkan pada MARLIP”, LIPI, Bandung. Electricians Toolbox Etc (E.T.E.). Motor Characteristics. 1997. www.electoolbox.com/motorchar.htm. Fush, A. (2009). “Hybrid Vehicle”. Buku Teks. Boca Raton: CRC Press. Masrah. (2001). “Laporan teknis Sistem Penggerak Mobil Listrik”. Puslit telimek-LIP. Rahardjo, A. (2008) “ Optimalisai Pemanfaatan Sel Surya Pada Bangunan Komersial Secara Terintegrasi Sebagai Bangunan Hemat Energi ” , Seminar Sains dan Teknologi II, Universitas Indonesia. Jakarta. Rill, G . (2006), “ Vehicle Dynamic”. Lecture Notes. University of Alpplied Sciences Hochschule fur. Pitowarno, E. (2006). ROBOTIKA: Desain, Kontrol dan Kecerdasan Buatan. Buku Teks. Yogyakarta: Penerbit Andi.
12
