TUGAS AKHIR - RM 1522
SISTEM KONTROL CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION (CVT) BERBASIS LOGIKA FUZZY HANANTO PRASETYO NRP 2100 109 019 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2007
SISTEM KONTROL CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION (CVT) BERBASIS LOGIKA FUZZY
TUGAS AKHIR
Oleh :
HANANTO PRASETYO NRP. 2100. 109. 019
Surabaya, Juli 2007 Mengetahui/Menyetujui Pembimbing
Dr. Ir. AGUS SIGIT PRAMONO, DEA. NIP. 131. 933. 291
ii
SISTEM KONTROL CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION (CVT) BERBASIS LOGIKA FUZZY
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Desain Program Studi S-1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh : HANANTO PRASETYO Nrp. 2100. 109. 019 Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir : 1. Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA.
……….
(Pembimbing)
2. Ir. J. Lubi
……….
(Penguji I)
3. Ir. Julendra B. Ariatedja, MT.
……….
(Penguji II)
4. Unggul Wasiwitono, ST, M Eng. Sc. ……….
(Penguji III)
SURABAYA JULI, 2007
iii
SISTEM KONTROL CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION (CVT) BERBASIS LOGIKA FUZZY Nama Mahasiswa Nrp. Jurusan Dosen Pembimbing
: HANANTO PRASETYO : 2100. 109. 019 : Teknik Mesin FTI - ITS : Dr. Ir. AGUS SIGIT PRAMONO, DEA.
ABSTRAK Dalam upaya meningkatkan drive performance dan efisiensi bahan bakar pada kendaraan maka dipertahankan kondisi spin 20 %, karena tercapai koefisien gesek ban dan jalan maksimum. Pada saat percepatan terjadi spin diakibatkan torsi mesin yang ke roda melebihi respon gesek ban dan jalan. Untuk mengatasi ini dibutuhkan sistem kontrol untuk merubah rasio CVT yang dapat memberikan besarnya torsi roda sesuai dengan yang dibutuhkan. Sehinga spin yang terjadi dapat dipertahankan pada kondisi optimum. Dalam tugas akhir ini digunakan system control berbasis fuzzy logic. Metode yang digunakan adalah dengan simulasi ( simulink matlab 6.5) dan eksperimental dengan rancangan CVT pada kendaraan sesungguhnya. Hasil eksperimen menujukkan bahwa plant CVT dapat berfungsi pada kendaraan, tetapi masih terdapat kekurangan yaitu spin roda yang didapat hanya pada kisaran ( 2,5% - 10% ) karena adanya losses rasio putaran sebesar 70,3 % yang disebabkani slip yang terjadi antara belt dan pulley, sehingga daya dari mesin tidak diteruskan secara maksimal oleh CVT untuk melawan torsi roda dan percepatan kendaraan yang dihasilkan kecil. Kata kunci : spin, fuzzy logic, CVT
iv
SYSTEM CONTROL OF CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION (CVT) WITH FUZZY LOGIC Name of Student Nrp. Majors Supervisor
: HANANTO PRASETYO : 2100. 109. 019 : Mechanical Engineering FTI - ITS : Dr. Ir. AGUS SIGIT PRAMONO, DEA.
ABSTRACT To raise up the drive performance and vehicle fuel efficiency it’s hold at 20 % spin, can be the maximum friction coeffitient between tire ans road. At accelerate it can be spin cause the torque respon is over high. To gain the problem needs the system control can change the CVT ratio, it can make torque load as the tire needs. The spin can be hold on the optimum condition. In this final project, used the system control with fuzzy logic. With the simulation method ( simulink matlab 6.5 ) and the experimental method use the CVT plan on real vehicle. Experimental result shown the CVT plan can using at the vehicle but there is a shortage, such as the spin it has only the range 2.5 % - 10 % cause any rev losses ratio at 70.3 %, it happen cause slip through between belt and pulley, the power from engine can not maximum pass on by the CVT to force back the tire torque and few accelerate result.
Key word : spin, fuzzy logic, CVT
v
KATA PENGANTAR ALHAMDULILLAH segala puji dan syukur serta sembah syukurku kehadirat ALLAH SWT. atas limpahan Rahmat, Hidayah, Ridho dan Kasih Sayang-Nya serta Shalawat dan Salam Kepada Junjungan Kita Nabi Besar Nabi Muhammad SAW. yang telah menunjukkan penulis dan kita semua jalan yang lurus, sehingga terselesaikannya tugas akhir dengan judul : SISTEM KONTROL CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION (CVT) BERBASIS LOGIKA FUZZY Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan bantuan, dukungan serta dorongan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada : 1. Orang tua tercinta Ayahanda Kastari dan Ibunda Amini, serta kakak-kakak tecinta Eko & Reni, Sentot & Lies, Tedi & Fitri dan sikecil Eping & Rio yang tak lelah untuk memberikan dorongan dan doa restu secara moril maupun materiil. 2. Dr. Ing. Herman Sasongko. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin ITS. 3. Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA. Selaku dosen pembimbing Tugas Akhir penulis, atas segala kerja sama, bimbingan, nasehat, bantuan dan kesabarannya selama ini. 4. Ir. J. Lubi, Ir. Julendra B. Ariatedja, MT, Unggul Wasiwitiono, ST, M Eng. Sc. Selaku tim penguji sidang Tugas Akhir, atas segala masukan dan saran dalam perbaikan Tugas Akhir ini. 5. DR. Ing. Ir. Suhardjono, Msc. Selaku dosen wali. 6. Seluruh Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS Surabaya atas segala nasehat, bimbingan dan
vi
7.
8. 9. 10.
11.
kewajibannya selama ini hingga menghantarkan penulis menyelesaikan studi S1 di Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS Surabaya. Ir. M. Harly, MT. serta crew STANLY di LawangMalang, Pak Yudi, Pak Agus, Mas Rofi, Mas Simon, Mas Andik, Mas Agus, alm. Mbah Sabar dan crew yang lain atas segala bantuan, kerja sama, serta kesabarannya yang telah diberikan untuk kelancaran pengerjaan Tugas Akhir ini. “Adek ku” Andini Ratna Wulandari & keluarga besar, Terima kasih atas doa dan dukungan yang diberikan selama ini. Best Friend yang selama ini penulis anggap sebagai keluarga dan saudara Imam “Royce”, Fanny, dan “Rino” Farisy beserta masing-masing pasangannya. Keluarga besar M-43 : Harris “Simboet” Yunanto & Sari, Dian “Pak Yun” Kurniawan, Tiar, Ariful, Suseno, Oky “Sutimbul”, Aphindank Cakraningrat, Ardian, Cak Wawa ”mcduro”, Hendri, Dedik yang telah berangkat lebih awal. Wahjoe Lippi teman seperjuangan dalam senang dan susah mengerjakan Tugas Akhir “semangat dunkzz ojo males2...!!”. Henrikus, Prawoto “akhirnya kita lulus juga”. Junaidi ojo tura-turu ae, garapen Lab-mu. Budi “Beckham” sinau matrik sing rajin yo... . Hendro semoga cepet menyusul, Rindra Ayiks ‘bowet’, Yoppy, Nauval “opel”, Dimas “coro”, Teguh “virus”, Tikno, Lukman, Agus “om”, Arga Safi’i,”semangat ya..”. Idrus, Angga “sinchan”& Sudiro, menghilang kemana kalian..??. Keluarga baru Marina E-50, mbah Dono dishub, Jundy & Bu dokter Lely “cempluk” untuk 2 minggu kesakitan yg telah dialami gigiku, Wawan ”etam” sang mekanik, Lumbie yg katanya manis & Rahma, ‘mbie jeneng aslimu sopo..??’, Gondhol “emput” yang semakin gak jelas, ‘jeneng aslimu sopo pisan ndol...??’, Farid ”bo”
vii
12. 13. 14. 15. 16.
SarieBath yang selalu ngesruh, Dika “badak” yang lagi bingung cari pasngan, Wisuda “Gondo” Gigantoro atas bantuan gambarnya. Ardi “Boss Papi” Jember maju terus pantang mundur..!!, Bagonk juragan photo copy, Yasin, Entung atas segala bantuannya. Atenk, Gepenk, Adhi ”unto”, Arab, Cepu, Kucing dan seluruh teman-teman M-44. Yuniar “Cak Mo”, Dino, Agung, Vidi, dan seluruh teman-teman M-45. Bapak & Ibu M. Karo karo atas segala fasilitas tempat kos yang telah diberikan. Temen-temen kos Perum ITS H-16, Wawan, Danang, Zikri, Saha’, Djogi, Bagdad, Bram, Usa, Rahde. Seluruh keluarga besar, temen-teman terbaikku dan semua pihak yang telah mendukung dan tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari dalam tugas akhir ini masih kurang sempurna, untuk itu kesediaan saran dan kritik bagi seluruh pihak untuk menjadikan tugas akhir ini sempurna dan bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi siapa saja, Amien.... ” Ya Allah SWT. Aku memohon Kepada-Mu dan mengasihi-Mu karena Engkau sumber kekuatan dan aku akan selalu aman dalam lindungan-Mu Ya Allah SWT. ”
Surabaya, Juli 2007
Penulis
viii
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK...................................................................................ix KATA PENGANTAR ................................................................iv DAFTAR ISI...............................................................................ix DAFTAR TABEL.......................................................................xi DAFTAR GAMBAR ................................................................ xii DAFTAR NOTASI .................................................................. xiii BAB 1 PENDAHULUAN............................................................1 1.1. Latar Belakang ...................................................................1 1.2. Permasalahan .....................................................................2 1.3. Tujuan ................................................................................3 1.4. Batasan Masalah ................................................................3 1.5. Manfaat ..............................................................................3 BAB 2 KAJIAN PUSTAKA .......................................................5 2.1. Kajian Terdahulu................................................................5 2.2. Dasar Teori.........................................................................7 2.2.1 Kinerja mesin kendaraan .............................................7 2.2.2 Transmisi Manual ........................................................8 2.2.3 Karakteristik Adhesi antara Roda dan jalan ..............11 2.2.4 Motor Servo...............................................................12 2.2.5 Continuously Variable Transmissions (CVT) ...........13 2.2.6 Kontrol Fuzzy logic ...................................................17 2.2.6.1 Fuzzifikasi ..........................................................18 2.2.6.2 Aturan Kontrol ...................................................19 2.2.6.3 Defuzzifikasi ......................................................21 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ..................................23 3.1. Metodologi.......................................................................23 3.1.1 Metode simulasi.........................................................23 3.1.2 Metode eksperimen....................................................26 3.2. Prosedur Penelitian ..........................................................27 3.2.1 Diagram Alir..............................................................28
ix
3.2.2 Penjelasan Diagram Alir............................................30 3.2.2.1 Desain simulasi CVT..........................................30 3.2.2.2 Rancangan Konstruksi Sistem CVT...................30 3.2.2.3 Pengontrolan sistem CVT ..................................31 3.2.2.4 Pengujian............................................................35 3.2.2.4.1 Persiapan .....................................................35 3.2.2.4.2 Pengetesan of board ....................................36 3.2.2.4.3 Pengetesan on board....................................36 BAB 4 HASIL DAN ANALISA................................................37 4.1. Hasil Simulasi ..................................................................37 4.1.1 Data Pengujian Simulasi............................................37 4.1.2 Analisa Hasil Simulasi...............................................39 4.2. Hasil Eksperimen .............................................................40 4.2.1 Data Pengujian...........................................................40 4.2.2 Analisa Hasil Pengujian.............................................41 4.2.3 Komparasi dengan Simulasi ......................................43 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .....................................45 5.1. Kesimpulan ......................................................................45 5.2. Saran ................................................................................45 DAFTAR PUSTAKA 45 LAMPIRAN A 49 LAMPIRAN B 53 LAMPIRAN C 85
x
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Membership rule fuzzy logic Tabel 4.1 Hasil pengujian simulasi Tabel 4.2 Hasil eksperimen Tabel 4.3 Perbandingan spin actual dan simulasi
xi
25 38 41 43
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Transformasi gaya tiap tingkatan transmisi Gambar 2.2. Perbandingan gigi dengan progresi geometri Gambar 2.3. Pengaruh skid terhadap koefisien adhesi Gambar 2.4. Diagram skematik motor servo hydraulic Gambar 2.5. Konstruksi umum CVT Gambar 2.6. Mekanisme belt dan puley transmisi tanpa gigi Gambar 2.7. Kinerja traksi kendaraan transmisi tanpa gigi Gambar 2.8. Contoh membership triangular shape Gambar 2.9. Perpotongan input dengan membership Gambar 2.10. Triangular untuk membership output Gambar 2.11. Contoh tabel rule Gambar 3.1. Input membership function Gambar 3.2. Output membership function Gambar 3.3. Rule fuzzy Gambar 3.4. Rancangan CVT Gambar 3.5. Flow chart penelitian Gambar 3.6. Wiring diagram CVT Gambar 3.7. Diagram control CVT Gambar 3.8. Diagram block kontrol CVT Gambar 3.9. Sistem hydraulic Gambar 3.10. skema model matematik sistem hydraulic Gambar 3.11. Skema transfer function sistem hydraulic Gambar 4.1. Grafik torsi vs kecepatan Gambar 4.2. Grafik torsi vs spin Gambar 4.3. Grafik rasio CVT vs putaran mesin Gambar 4.4. Grafik spin vs kecepatan
xii
9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 20 24 24 25 27 29 31 32 33 34 35 35 39 39 42 44
DAFTAR NOTASI
BHP IHP FHP RHP V W Af Cg a b L tf tr P N i λ r ω f B
= = = = = = = = = = = = = = = = = = = =
Brake Horse Power Indicated Horse Power Friction Horse Power Road-Load Horse Power Kecepatan kendaraan (km/jam) Berat total kendaraan (kg) Luas frontal kendaraan (m2) Center of gravity Jarak roda depan ke cente gravity (m) Jarak roda belakang ke center gravity (m) Panjang total kendaran (m) Jarak track roda depan (m) Jarak track roda belakang (m) Tekanan ban (psi) Putaran mesin (rpm) Perbandingan / rasio Spin Jari-jari roda (m) Kecepatan angular roda (rad/s) Frekuensi (Hz)
xiii
