PEMODELAN, SIMULASI DAN PENGONTROLAN ANTI LOCK BRAKING SYSTEM PADA KENDARAAN RODA DUA MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY

SKRIPSI

PEMODELAN, SIMULASI DAN PENGONTROLAN ANTI­ LOCK BRAKING SYSTEM PADA KENDARAAN RODA DUA MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY

Ricoh Sanusi 02/156897/PA/09006

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS GADJAH MADA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM YOGYAKARTA 2007 i

SKRIPSI

PEMODELAN, SIMULASI DAN PENGONTROLAN ANTI­ LOCK BRAKING SYSTEM PADA KENDARAAN RODA DUA MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY

Ricoh Sanusi 02/156897/PA/09006 Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh derajat sarjana S­1 Program Studi Elektronika dan Instrumentasi pada Jurusan Fisika

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS GADJAH MADA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM YOGYAKARTA 2007

ii

THESIS

MODELING, SIMULATING AND CONTROLLING ANTI­ LOCK BRAKING SYSTEM FOR TWO WHEELED VEHICLES USING FUZZY LOGIC CONTROLLER

Ricoh Sanusi 02/156897/PA/09006 Submitted in partial fulfillment requirements for the S­1 degree at Physics Department

DEPARTMENT OF NATIONAL EDUCATION UNIVERSITY OF GADJAH MADA  FACULTY OF MATHEMATICS AND NATURAL SCIENCES YOGYAKARTA 2007

iii

SKRIPSI

PEMODELAN, SIMULASI DAN PENGONTROLAN ANTI­ LOCK BRAKING SYSTEM PADA KENDARAAN RODA DUA MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY

Ricoh Sanusi 02/156897/PA/09006

dinyatakan lulus ujian skripsi S1 oleh tim penguji  pada tanggal 12 April 2007

Tim Penguji Pembimbing I

( Drs. Y. Suyanto, MIkom )

         Penguji I

         Penguji II

( Dr. Hj. Sri Hartati )

   

iv

     ( Dr. Suharto )

“Hai Anakku, janganlah kamu mempersekutukan Allah, sesungguhnya mempersekutukan (Allah) adalah benar-benar kezaliman yang besar” (QS Luqman: 13) “Hai Anakku, sesungguhnya jika ada (sesuatu perbuatan) seberat biji sawi, dan berada dalam batu atau dilangit atau didalam bumi, niscaya Allah akan mendatangkannya (membalasinya). Sesungguhnya Allah Mahahalus lagi Maha Mengetahui” (QS Luqman: 16) “Hai Anakku, dirikanlah shalat dan suruhlah (manusia) mengerjakan yang baik dan cegahlah (mereka) dari perbuatan yang mungkar dan bersabarlah terhadap apa yang menimpa kamu. Sesungguhnya yang demikian itu termasuk hal-hal yang diwajibkan (oleh Allah)” (QS Luqman: 18) Luqman seperti masih hidup dan menasihati diriku dengan suaranya yang penuh wibawa dan menggetarkan jiwa. Jika aku punya anak kelak, aku ingin mendidiknya seperti Luqman mendidik anaknya. Aku ingin menasihatinya seperti Luqman menasihati anaknya. Aku ingin bersikap bijaksana padanya sepeti Luqman bersikap bijaksana pada anaknya. Ya Allah, kabulkan. (Ayatayat Cinta: 299)

v

Kupersembahkan karya ini untuk Kedua Orang tuaku ' Ya Allah, sayangilah keduanya sebagaimana keduanya menyayangi dan mendidikku di waktu kecil”

vi

KATA PENGANTAR Alhamdulillahirabbil'alamien..  Segala   puji   bagi   Allah   SWT,   Dzat  yang   telah   memberi   rezeki   kepada   seluruh   hambanya   yang   memberikan  penulis   kekuatan,   bimbingan,   petunjuk   dan   ridhonya   sehingga   skripsi  dengan judul “Pemodelan, Simulasi dan Pengontrolan Anti­Lock Braking  System Pada Kendaraan Roda Dua Menggunakan Logika Fuzzy” akhirnya  dapat  terselesaikan.  Skripsi ini dibuat  untuk memenuhi  persyaratan  guna  memperoleh   gelar   sarjana   S1   pada   Program   Studi   Elektronika   dan  Instrumentasi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan  Alam, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Penulis   mengucapkan   terima   kasih   yang   sebesar­besarnya   kepada  semua pihak yang telah mendukung penulis baik moril maupun materiil,  diantaranya : 1. Bpk. Y. Suyanto, Drs., MIKOM., selaku dosen pembimbing skripsi yang  telah banyak memberikan bimbingan dan arahan selama pengerjaan tugas  akhir ini. 2. Bpk. Tri Kuntoro Priyambodo, Drs., M.Sc.,  selaku dosen wali yang telah  membimbing penulis selama menempuh kuliah di FMIPA UGM. 3. Dosen­dosen Elins FMIPA UGM : Pak Ro'uf, Pak Agfi, Pak Agus, Pak  Ashari, Pak Prastowo, Pak Purwadi, Pak Danang, Pak Jazi, Pak Kuwat, 

vii

Pak Masiran, Pak Panggih, Pak Harto, Pak Tri, Pak Widodo, Pak Yanto,  Bu   Sri,   dosen­dosen   dari   jurusan   dan   fakultas   lain   yang   tidak   bisa  disebutkan satu per satu, yang telah mendidik dan menularkan ilmunya  kepada penulis selama menempuh pendidikan di UGM. 4. Kedua   orangtuaku,   mbakku,   adikku   di   Klaten   dan   semua   anggota  keluarga besar Ranu Pawiro dan Sonto Iguno. 5. Teman­teman satu angkatan di Elins 2002 : Aan, Adi, Febri, Afif, Agung,  Agus,   Cepi,   Andi­Darma,   Andi­Pri,   AJ,   Gusrie,   Ari­Sugi,   Ari­Wulan,  AB,   Abud,   Arnanto,   Beben,   Belly,   Budi,   Gilang,   Dana,   Helmi,   Rify,  Heru, Hugo, Januar, Juli, Lani, Kusno, Zamro, Sigit, Mawardi, Nungki,  Rahmad,   Rilo,   Richard,   Ricky,   Ridlo,   Didit   'jangkung',   Didit   'ndut',  Siddiq, Ovick, Yudi, Uzuf, Zain, Felix, Utus, Ratna, Umi, Frans, Yoga  Imam, Naryo, Atta, Mei dan Ableh. 6. Teman­teman KKN Sub­Unit Sempu, Magelang 2006 : Fitria, Samuel,  Aruni, Prast, Fursan, Nina dan Nizar. 7. Teman­teman eks SMU 2 Klaten 2002 : Adina, Achie, Arianto, Atika,  Azief, Candra, Hesti, Imam, Justi, Muffin, Moga, Murni, NC, Nurmai,  Nurul, Piandy, Ponidi, Jeny, Rohmad, Hari 'Dbronk', Retna, Retno, Rika,  Titik,   co­Trex,   Galih,   Setiono,   Ryan,   Sugeng,   Taufik,   Tauchid,  Wahyunoto.

viii

8. Sangtri Lestari, Nur Wijayanti, A. Ike Kharisma Ningroem, Tri Martina  Anis dan Ika Deny Kristanti : “merci beaucoup!!” 9. Staff Lab Elins, teman­teman asisten praktikum Elektronika­I 2006, adik­ adik angkatan di Elins, MIPA Crew, SIC Crew dan Perpustakaan Crew. 10.  Mas­mas dan mbak­mbak di Inssburck University­Austria, terimakasih  atas beasiswanya. 11.Pihak­pihak   yang   membantu   pasca   gempa   bumi   27   Mei   2006,   terima  ksaih banyak. 12. Dan semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu, terimakasih  banyak.  Penulis   menyadari   bahwa   banyak   kekurangan   dalam   penulisan  skripsi   ini.   Karena   itu   penulis   sangat   mengharapkan   saran   dan   kritik  terhadap   penulisan   skripsi   ini   sehingga   dapat   menjadikan   bahan   koreksi  bagi penulis untuk menuju yang lebih baik.  Akhirnya penulis berharap supaya skripsi ini bermanfaat bagi yang  membacanya.  Yogyakarta,    April 2007

Penulis

ix

DAFTAR ISI Halaman Judul  Halaman Pengesahan Halaman Motto  Halaman Persembahan  KATA PENGANTAR  DAFTAR ISI  DAFTAR GAMBAR  DAFTAR TABEL  INTISARI  ABSTRACT  BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Rumusan Masalah  1.3 Batasan Masalah  1.4 Tujuan Penelitian  1.5 Hipotesa  1.6 Tinjauan Pustaka  1.7 Cara Penyusunan TA  BAB II DASAR TEORI  2.1 Konsep Fisika 2.1.1 Besaran­besaran Fisis, Standar dan Satuan  2.1.2 Kinematika Gerak Lurus  2.1.3 Dinamika Gerak Lurus  2.1.4 Kinematika Gerak Rotasi  2.1.5 Dinamika Gerak Rotasi  2.1.5 Gesekan  2.1.6 Tekanan  2.2 Konsep Logika Fuzzy  2.2.1 Pengertian Logika Fuzzy  2.2.2 Himpunan Crisp dan Himpunan Fuzzy  2.2.3 Fungsi Keanggotaan  2.2.4 Operasi Himpunan Fuzzy  2.2.5 Variabel Linguistik  2.2.6 Fuzzyfikasi 2.2.7 Aturan Fuzzy if – then  2.2.8 Penalaran Fuzzy  2.2.9 Defuzzyfikasi 

x

Hal i iv v vi vii x xiii xvi xvii xviii 1 1 5 5 6 6 6 9 13 13 13 19 21 23 28 31 32 33 33 34 36 39 40 43 43 45 48

2.2.10 Penalaran Fuzzy Metode Sugeno  2.3 Konsep Anti­Lock Braking System 2.3.1 Sejarah  2.3.2 Sistem Kerja ABS  2.3.3 Keuntungan dan Kerugian Penggunaan ABS  2.3.4 Permasalahan Perkiraan Kecepatan Kendaraan  2.3.5 Sensor Kecepatan Roda  2.3.6 Perhitungan Jarak Pengereman Dengan dan Tanpa ABS  2.4 Dinamika Sistem Pengereman ABS  2.4.1 Pemodelan Ban/Roda Kendaraan  2.4.2 Deformasi dan Respons Ban  2.4.3 Dinamika Ban  2.4.4 Mencari Gerak Roda dan Kendaraan  2.4.5 Pemodelan Kendaraan  2.4.6 Dinamika dan Gerak Kendaraan  2.4.7 Koefisien Gesek Fungsi Slip  2.4.8 Dinamika Tekanan Pada Silinder Roda  2.4.9 Aksi Kendali ABS BAB III PERANCANGAN SISTEM  3.1 Deskripsi Umum Sistem 3.1.1 Rancangan Input Simulasi ABS  3.1.2 Rancangan Output Simulasi ABS  3.2 Sekilas MATLAB  3.2.1 Lingkungan Kerja MATLAB  3.2.2 Window Utama MATLAB  3.2.3 Workspace Window  3.2.4 Current Directory Window  3.2.5 Command History Window  3.2.6 Command Window  3.2.7 MATLAB Editor  3.2.8 MATLAB­SIMULINK  3.2.9 Fuzzy Logic Toolbox  3.3 Perancangan Pengontrol Logika Fuzzy pada ABS  3.3.1 Pengontrol Logika Fuzzy Pertama  3.3.2 Pengontrol Logika Fuzzy Kedua  3.3.3 Pengontrol Logika Fuzzy Ketiga  3.4 Perancangan Wheel Dynamics pada ABS  3.5 Perancangan Friction Dynamics pada ABS  BAB IV SIMULASI DAN PEMBAHASAN  4.1 Hasil Simulasi 

xi

49 51 51 52 53 53 54 56 58 58 60 62 63 64 65 66 68 69 71 71 72 73 73 75 76 76 77 78 78 79 80 83 86 87 99 106 113 115 117 118

4.1.1 Hasil Simulasi Pertama  4.1.2 Hasil Simulasi Kedua  4.1.3 Hasil Simulasi Ketiga  4.2 Pembahasan  4.2.1 Pembahasan Simulasi Pertama  4.2.2 Pembahasan Simulasi Kedua  4.2.3 Pembahasan Simulasi Ketiga  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan  5.2 Saran  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN LAMPIRAN A  : Listing program MATLAB  : Diagram blok SIMULINK  LAMPIRAN B  : Hasil Numerik Simulasi 

xii

118 124 130 139 140 141 143 145 145 146 147 148 A−1 A−9

DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1  Jumlah angka kecelakaan dijalan raya dalam persen per 1000 kecelakaan  Gambar 2.1  Konsep 'tua' dalam pengertian tegas (crisp)  Gambar 2.2  Konsep 'tua' dalam pengertian fuzzy  Gambar 2.3  Fungsi keanggotaan linear  Gambar 2.4  Fungsi keanggotaan segitiga  Gambar 2.5  Fungsi keanggotaan trapesium  Gambar 2.6  Fungsi keanggotaan variabel kecepatan  Gambar 2.7  Penalaran fuzzy dengan metode MAKS­MIN  Gambar 2.8  Metode defuzzyfikasi Center of Area  Gambar 2.9  Struktur kontrol dasar ABS  Gambar 2.10 Sensor kecepatan gir gigi  Gambar 2.11  Sensor kecepatan roda pada 130­0 km/jam  Gambar 2.12 Dinamika dan gerak roda kendaraan  Gambar 2.13 Gerak dan dinamika kendaraan beroda dua  Gambar 2.14  Kurva koefisien gesek fungsi slip  Gambar 3.1  Diagram pengontrolan ABS  Gambar 3.2  Window utama MATLAB  Gambar 3.3  Workspace window  Gambar 3.4  Current directory window  Gambar 3.5  Command history window  Gambar 3.6  Command window  Gambar 3.7  Window MATLAB editor Gambar 3.8  Block diagram window  Gambar 3.9  SIMULINK library browser window  Gambar 3.10 Tools GUI dari fuzzy logic toolbox  Gambar 3.11  Kontroler logika fuzzy untuk maing­masing roda  Gambar 3.12 FIS editor logika fuzzy pertama Gambar 3.13 Membership function editor akselerasi kendaraan untuk logika fuzzy pertama roda depan dan belakang  Gambar 3.14  Membership function editor nlai slip roda untuk logika fuzzy pertama roda dapan dan belakang  Gambar 3.15 Membership function editor nilai torsi pengereman  untuk logika fuzzy pertama roda depan  Gambar 3.16  Membership function editor nilai torsi pengereman untuk logika fuzzy pertama roda belakang  Gambar 3.17  Rule editor untuk logika fuzzy pertama Gambar 3.18  Rule  viewer untuk logika fuzzy pertama roda depan 

xiii

Hal 2 35 36 37 38 39 42 46 49 54 55 56 59 64 67 71 76 77 78 79 79 80 81 83 86 87 88 89 91 92 93 97 97

Gambar 3.19  Rule viewer untuk logika fuzzy pertama roda belakang  Gambar 3.20 Surface viewer untuk logika fuzzy pertama roda depan  Gambar 3.21 Surface viewer untuk logika fuzzy pertama roda belakang  Gambar 3.22 FIS editor logika fuzzy kedua  Gambar 3.23 Membership function editor kondisi jalan untuk logika fuzzy kedua  Gambar 3.24 Rule editor untuk logika fuzzy kedua  Gambar 3.25 Rule viewer utnuk logika fuzzy kedua  Gambar 3.26 Surface viewer utnuk logika fuzzy kedua  Gambar 3.27 FIS editor logika fuzzy ketiga  Gambar 3.28 Membership function editor KDepan untuk logika fuzzy ketiga  Gambar 3.29 Membership function editor KBelakang untuk logika fuzzy ketiga  Gambar 3.30 Rule editor utnuk logika fuzzy ketiga roda depan  Gambar 3.31 Rule editor untuk logika fuzzy ketiga roda belakang  Gambar 3.32 Rule viewer untuk logika fuzzy ketiga roda depan  Gambar 3.33 Rule viewer untuk logika fuzzy ketiga roda belakang  Gambar 3.34 Surface viewer untuk logika fuzzy ketiga roda depan  Gambar 3.35 Surface viewer untuk logika fuzzy ketiga  roda belakang  Gambar 3.36 Grafik friksi antara nilai koefisien gesek  dengan slip roda  Gambar 4.1  Hasil simulasi pertama : Jalana kering  Gambar 4.2  Hasil simulasi pertama : Jalan basah­kering  Gambar 4.3  Hasil simulasi pertama : Jalan basah  Gambar 4.4  Hasil simulasi pertama : Jalan es­basah  Gambar 4.5  Hasil simulasi pertama : Jalan es  Gambar 4.6  Hasil simulasi kedua :  v 0 =5 m / s =18km / jam Gambar 4.7  Hasil simulasi kedua :  v 0 =10m /s=36 km / jam Gambar 4.8  Hasil simulasi kedua :  v 0 =15m /s=54 km / jam Gambar 4.9  Hasil simulasi kedua :  v 0 =20 m /s=72km / jam Gambar 4.10 Hasil simulasi kedua :  v 0 =25 m /s=90km / jam Gambar 4.11  Hasil simulasi kedua :  v 0 =30 m /s=108 km / jam Gambar 4.12 Hasil simulasi ketiga : jalan kering ke basah  Gambar 4.13 Hasil simulasi ketiga : jalan basah ke kering  Gambar 4.14  Hasil simulasi ketiga : jalan kering ke es  Gambar 4.15 Hasil simulasi ketiga : jalan es ke kering  Gambar 4.16  Hasil simulasi ketiga : jalan basah ke es 

xiv

98 98 99 99 101 105 105 106 107 108 109 110 111 111 112 112 113 116 119 120 121 122 123 125 126 127 128 129 130 132 133 134 135 136

Gambar 4.17  Hasil simulasi ketiga : jalan es ke basah  Gambar 4.18  Hasil simulasi ketiga : jalan kering ke basah ke es  Gambar 4.19  Hasil simulasi ketiga : jalan es ke basah ke kering      

xv

137 138 139

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel 2.2  Tabel 2.3  Tabel 2.4  Tabel 2.5  Tabel 2.6  Tabel 2.7  Tabel 2.8  Tabel 3.1  Tabel 4.1  Tabel 4.2  Tabel 4.3  Tabel 4.4 

Satuan­satuan dasar SI  Awalan­awalan SI  Keuntungan metode Mamdani dan Sugeno Sensor kecepatan roda  Jarak perhitungan pengereman dengan ABS  dan tanpa ABS  Simbol dan keterangan  Variabel dan konstanta pemodelan kendaraan  Koefisien gesek fungsi slip  Tabel look­up mu­slip  Hasil simulasi pertama  Hasil simulasi kedua  Hasil simulasi ketiga : Torsi pengereman  Perbandingan jarak pengereman 

xvi

Hal 14 15 50 56 57 59 65 67 116 140 142 144 145

INTISARI Oleh : Ricoh Sanusi 02/156897/PA/09006 Sistem   pengereman   pada   kendaraan   merupakan   sistem   yang  nonlinear   dan   menyulitkannya   saat   merancang   sistem   pengontrol   untuk  Anti­Lock Braking System (ABS) menggunakan metode pengontrol klasik.  Metode   pengontrol   yang   lebih   modern   khususnya   logika   fuzzy   cocok  diterapkan   pada   sistem   pengontrol   ini.   Pada   skripsi   ini,   telah   dibuat  pengontrol ABS menggunakan logika fuzzy untuk menjaga nilai slip roda  optimal yang sesuai dengan berbagai jenis kondisi jalan. Sistem pengontrol  ini terdiri dari tiga buah sub­sistem yang diletakkan pada masing­masing  roda   kendaraan.   Sub­sistem   pertama   menghitung   nilai   torsi   pengereman  yang   terjadi,  sub­sistem   kedua   memperkirakan   kondisi  jalan  yang   dilalui  dengan memberikan nilai slip roda optimal yang sesuai dengan kondisi jalan  tersebut dan sub­sistem ketiga merubah nilai torsi pengereman hasil sub­ sistem pertama menjadi nilai torsi pengereman efektif untuk masing­masing  roda.   Hasil   simulasi   menunjukkan   bahwa   sistem   pengontrol   yang   telah  dibuat memperlihatkan kinerja pengereman yang baik. Kata kunci :  Pengontrol Logika Fuzzy – Logika Fuzzy – ABS – Sistem  Pengereman Anti­Lock  

xvii

ABSTRACT By : Ricoh Sanusi 02/156897/PA/09006 The braking system is a non linear system which causes difficulties  in   developing   a   classical   controller   for   an   Anti­Lock   Braking   System  (ABS). Modern control methods especially fuzzy logic control would be  suitable for controlling such a system. In this thesis, a fuzzy logic controller  for ABS has been developed to keep the wheel slip in a suitable range that  depends on road condition. This control is consisting of three sub­system for  each   wheel.   The   first   sub­system   computes   a   braking   torque,   while   the  second estimates the road condition by giving the suitable optimal wheel  slip, and the last, the third sub­system modifies a braking torque, from there,  the effective braking torque is computed. The simulation results show the  good performance of the proposed controller. Keywords  :  Fuzzy  Logic  Controller –  Fuzzy  Logic  ­ ABS  –  Anti­Lock  Braking System  

xviii