PERENCANAAN DAN IMPLEMENTASI SISTEM KONTROL TRAYEKTORI PADA ABS BERBASIS MIKROKONTROLER

Print
Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Wednesday, 19 February 2014 Published Date Written by Syaiful Karim

 

PERENCANAAN DAN IMPLEMENTASI SISTEM KONTROL

 TRAYEKTORI PADA ABS BERBASIS MIKROKONTROLER

Oleh   : Syaiful Karim

 Widyaiswara Madya PPPPTK BOE /VEDC Malang

syaiful_k@yahoo.com

ABSTRAK

             ABS (Anti-lock Brake System) adalah suatu sistem pengereman yang mencegah terkuncinya roda dengan mengatur slip (l) pada nilai 10% - 30% . Nilai tersebut acuhan perencanaan ABS yang katup selenoid hidraulik bekerja on/off  . Selain itu sistem ini juga harus dapat mengatasi perubahan kondisi jalan yang merupakan faktor fungsi non linier dari koefisien gesek (m) antara jalan dan ban .

             Sistem yang di rancang adalah untuk mengendalikan model ¼ mobil pada arah gerak longitudinal dan pengaruh sistem suspensi di abaikan . Model ¼ mobil ini di simulasikan dengan PC . Sedangkan kontroler logika fuzzy serta perhitungan slip (Berasal dari sensor kecepatan kendaraan dan roda) diimplementasikan menggunakan mikrokontroler 68HC12. Ouput kontroler untuk mengatur katub solenoid 3/3 (3 saluran / 3 fungsi ) sebagai pengendali akhir .

             Hasil implementasi mikrokontroler dan Plant dalam bentuk simulasi dengan PC , sistem ini dapat berfungsi dengan baik (tidak terjadi blokir pada ban) hal ini di tunjukkan nilai slip maksimum dari beberapa kecepatan 40, 80, 100 km/jam pada kondisi jalan aspal kering <=36% . Sehingga kurva roda dapat mengikuti trayektori pada kurva kendaraan sampai berhenti dengan waktu yang sama .

Kata kunci :

            Fuzzy, Trayektori, Mikrokontroler 68HC12

 

PENDAHULUAN

Dewasa ini tidak tampak lagi produksi di bidang otomotif tanpa sistem pengaturan elektronika, mulai dari sistem suspensi, power steering, pengapian, injeksi bahan bakar dan rem {1}. Sedangkan di lapangan tampak sekali kekeurngan tenaga trampil di bidang ini, bahkan boleh dibilang masih relative sedikit dibandingkan dengan pertumbuhan teknologi elektronika di bidang otomotif. Salah satunya yang sering dihadapi dalah pengaturan rem yang menggunakan ABS (Anti –lock Break System). Pertama kali sistem ini diimplementasikan sejak tahun 1970, dapat menekan terjadinya kecelakaan pada situasi emergency sekalipun [2,3]. Sebab pada system konvensional pengendara tidak dapat mengontrol dalam situasi yang kritis (panik) saat pegereman kendaraan antar roda, kondisi jalan dan  laju kendaraan, maka terjadi kecelakaan [4]. Pada system rem ABS mengaplikasikan sifat dan karakteristik kurva “ Tire Friction” antara friction coefficient dan whell slip, maka kinerja pengereman ABS dibandingkan sisitim konvensional, mengalami perbaikan di segi [5].

 ·         Memperpendek stopping distance

 ·         Memepertinggi kooefisien gesek gaya lateral

 ·         Kemampuan pengendalian stir baik saat pengereman penuh.

Hal tersebut  bias tercapai karena system pengaturan ABS memberikan set point dengan prosentase slip 20% yang braking effort pada posisi tertinggi, meskipun cornering force tidak maksimal. Kurva perbandingan kecepatan kendaraan dengan roda menggunakan sensor. Dari dua variabel ini dapat mengatur kekutan gaya pengereman pada hidraulis dengan menutup dan membuka katup  selenoid yang berfungsi  mengatur fase tekanan : 

 ·         Menaikkan tekanan

 ·         Menahan tekanan

 ·         Menurunkan tekanan

Pada kendaraan yang menggunaka sistem ABS Kontrol komperator sering terasa bergetar pada saat pengereman penuh, ini dikarenakan respon prosentase  slip  konrol komparator mempunyai overshoot besar sehingga actuator elektrohidraulis ABS pada katub solenoid bekerja on/off tidak linier dan slip roda dinamik kendaraan juga tidak linier [3,6].

 Pada  tesis ini akan diaplikasikan Kontrol fuzzy dengan mikrokontroller 16 bit Motorola (68HC12) sebagai solusi menggatikan control komprator dengan prediksi respon indek dan control  indek lebih bagus karena lebih cepat dan dapat diaur sesuai dengan pengalaman pengendara, sehingga kinerja yang dihrapkan dari ABS dapat di capai [ 7 ]. Dalam proses ABS control fuzzy ini mulai inisial kecepatan sampai kendaraan berhenti terjadi 4 sampai 10 siklus regulasi perdetik dan setiap siklus terjadi 7 kali perubahan tekanan.

 System yang akan dikendalikan adalah model 1/4 mobil dengan asumsi hanya meninjau arah gerak longitudional dan pengaruh system suspensi diabaikan. Estimasi slip akan diturunkan dari kecepatan mobil dengan roda dan akan dihitung oleh mikrokontroler 16 bit dengan harapan dapat menghasilkan nilai yang lebih akurat. Sehingga control blokir rem yang berbasis fuzzy dengan disain terpadu antara software dan hardware menggunakan mikrokontroler 16 bit adalah solusinya untuk membaca data masukan dan mengeluarkan data ke interface. Karena dengan logika fuzzy variabel data input dan output yang tidak eksak dapat diolah menjadi variabel liguistik melalui proses fuzzyfication dan defuzzyfication dengan rule base dan keanggotaanya ( membership funcition ). Disamping itu control berbasis logika fuzzy dapat menekan over shoot dari respon control. Sehingga respon control yang smooth dan tanpa memerlukan rumusan matematika yang rumit dan tinggi dalam mengelolahan data variabel input dan output serta dari segi biaya lebih murah untuk di implementasikan. Dan diharapkan dapat meruduksi getaran pada saat pengereman penuh untuk kenyamanan dan keamanan pengendara, meskipun katup solenoid bekerja on/off.

Supaya penelitian ini terarah pada tujuan yang tersebut di atas, maka diperlukan pembatasan pembahasan masalah yang meliputi :

 ·    Hasil pembuatan model belum memperhatikan aspek kelayakan ukuran dimensi

·   Kondisi suhu dan kelembaban ruangan pengujian model konstan.dalam pelaksanaan penelitian di lapangan beberapa parameter konstan,misalnya gaya angin, kondisi jalan aspal kering atau basah.

 ·    Untuk sementara ini yang ada adalah actuator elektrohidraulis ABS yang katup selenoidbekerja on/off.

 ·    Menggunakan satu macam disk break yang mempunyai karakteristik gesek tertentu dengan permodelan ¼ kendaraan dan pengaruh system suspensi diabaikan.

             Tujuan penelitian adalah menghasilkan peningkatan kinerja konrol ABS komparator dengan basis logika fuzzy dengan ditunjng rancang bangun model rem ABS ¼ kendaraan berbasis mikrokontroler dan karakteristik kurva “ Tire Friction “ dengan “ Friction coefficient “, kecepatan kendaraan dengan kecepatan roda dan wheel slip. Dan mengurangi getaran pada pedal rem pengaruh efek dari tekanan hidraulis yang diatur oleh katup solenoid.

 ·    Menghasilkan model rem ABS ¼ kendaraan berbasis mikrokontrolerdengan metode digital fuzzy yang mempunyai over shoot respon whell slip tertinggi lebih kecil dari 1 dibanding komparator.

 ·    Dapat memperbaiki karaktristik dinamis dasar pengereman kendaraan berupa stopping time dan distance lebih pendek disbanding control komparator.

 ·    Dapat dikembangkan untuk ABS konrol fuzzy secara individual ( system brake by wire ).

 SIMULASI DAN ANALISA

Pertama kali mencoba simulasi dengan Matlab system dari ABS tanpa kontroler, dengan komparator kontroler dan fuzzy kontroler. Kemudian membuat alur program sebagai simulasi ¼ kendaraan yang dilakukan oleh PC. Selanjutnya membuat alur program untuk kontroler logika fuzzy dan perhitungan slip untuk mikrokonttroler. Dengan mikrokontroler 68HC12 dapat melakukan fungsi konroler fuzzy yang berdasarkan metode Mamdani dalam menentukan variabel input dan output termasuk penentuan rule base. 

Gambar 1. Blok diagram proses pengaturan

 Nilai Vref (k) adalah sinyal referensi input yang berupa setting point batas slip yang diubah menjadi tegangan, Vo(k) merupakan sinyal output yang berupa tegangan yang  berfrekwensi dari plant yang didapatkan dari sensor.

Gambar 2. Blok diagram control

Pada proses fuzzifikasi yang digunak sebagai variabel sinyal error (e). Dengan lima membership funcition ( NB,NS,Z,PS dan PB ) dan output tiga membership funcition ( N,Z, dan P ). Variabel tersebut didefisinikan dan dihitung oleh mikrokontroler yang dikodekan dengan bilangan 0, 7E dan FF dalam hexadecimal [12].

 

 Besarnya slip respon didapatkan perbedaan dari kecepatan kendaraan dengan kecepatan roda pasa saat terjadi pengereman. Besaran nilai dari sensor kedua.

 Simulasi Dengan PC dan Mikrokontroler 

Tahapan simulasi dan analisa pada bab ini akan menguraikan permasalahan kontrol rem kendaraan . Dari beberapa macam model antara lain tanpa kontrol , dengan kontrol komparator dan kontrol Fuzzy disimulasikan dengan menggunakan program Matlab. Hasil akhir sebagai data analisa penelitian yang di dapatkan dengan program Delphi sebagai plant kendaraannya dan mikrokontroler sebagai pengolah data kontroler dan slip roda .

 Fungsi dari kendaraan disimulasikan dengan PC menggunakan program Delphi . Sedangkan untuk sistem kontrol menggunakan mikro . Pada perhitungan aritmatik data untuk kecepatan kendaraan dan roda di baca 4 digit untuk ketelitian hasil yang akan diolah oleh Fuzzy , output dari Fuzzy berupa digit dengan tiga kondisi dengan nilai 0 kondisi pertama , 126 kondisi kedua dan 255 kondisi ketiga . output ini dapat juga diubah berupa sinyal PWM tergantung interface pada implementasi berikutnya . Komunikasi datanya adalah PC melalui RS232dan Mikrokontroler melalui SC10 dengan baudrate 19200 [15].

 

 Gambar 4. Kurva kecepatan kendaraan dan roda untuk kecepatan 40 km/jam pada aspal basah dan kering .

 

Dari hasil simulasi pada aspal kering dan basah pada kecepatan 40 km/jam tidak terjadi blokir pada roda , karena mempinyai slip tertinggi 0,2352 dan 0,346 . Sehingga kendaraan dapat di kendalikan kemudinya . Dibandingkan dengan hasil dengan matlab lebih rendah slipnya untuk aspal basah .

 

Gambar 5. Kurva kecepatan kendaraan dan roda untuk kecepatan 80 km/jam pada aspal basah dan kering .

 Dari hasil simulasi pada aspal kering dan basah pada kecepatan 80 km/jam tidak terjadi blokir pada roda , karena mempunyai slip tertinggi 0,2445 dan 0,343. sehingga kendaraan dapat dikendalikan kemudinya . Dibandingkan dengan hasil dengan Matlab lebih rendah slipnya untuk aspal kering.

 

Gambar 6. Kurva kecepatan kendaraan dan roda untuk kecepatan 100 km/jam pada aspal basah dan kering

 Dari hasil simulasi pada aspal kering dan basah pada kecepatan 100 km/jam tidak terjadi blokir pada roda , karena mempunyai slip tertinggi 0,2505 dan 0,36 .

Sehinga kendaraan dapat di kendalikan kemudinya . Dibandingkan dengan hasil dengan Matlab lebih rendah slipnya untuk aspal kering .

 

 Gambar 7. Kurva jarak pengereman kecepatan 40,80,100 km/jam pada aspal kering dan basah

 Dari hasil simulasi pada aspal kering dan basah pada kecepatan 40,80,100 km/Jam di bandingkan dengan hasil dengan Matlab mendekati sama.

    Tabel 1. Faktor slip kontroler fuzzy dengan mikrokontroler

Jenis jalan

Aspal kering

Aspal basah

kecepatan  (km/jam)

40

80

100

40

80

100

slip tertinggi

0,2352

0,2445

0,2505

0,346

0,343

0,36

slip rata-rata

0,1055

0,1439

0,1525

0,1408

0,1725

0,1797

  Tabel 2. Jarak pengereman kontroler fuzzy dengan mikrokontroler

Jenis jalan

Aspal kering

Aspal basah

kecepatan  (km/jam)

40

80

100

40

80

100

Jarak pengereman (cm)

200,717

617,217

900,888

214,855

716,177

1076,89

Waktu pengereman (detik)

7,6

12,84

15,37

8,93

15,96

19,51

 

 

Gambar 8. Hasil Rancang bangun tampilan pada monitor PC

 Program delphi dapat menghasilkan tampilan pada layar monitor seperti pada gambar 8, untuk kurva kecepatan kendaraan dan roda yang dapat juga dirubah berbagai kemungkinan kecepatan dan kondisi jalan .

 

KESIMPULAN

    Dari beberapa hasil simulasi dan analisa pada penelitian ini dapat kami simpulkan  sebagai berikut :

 1.    Dari hasil penelitian slip pada roda yang terjadi dengan kecepatan tinggi 100 km/jam dan kondisi jalan aspal basah menggunakan fuzzy dengan mikrokontroler 16 bit terjadi slip tertinggi 0,36 . Sedangkan tanpa kontroler dan dengan komparator kontroler untuk kecepatan yang rendah 40 km/jam , Jalan aspal kering terjadi slip tertinggi 1 (masih terjadi blokir pada roda).

2.   Jarak pengereman (stop distance) untuk kecepatan 80 km/jam , aspal kering lebih pendek 0,02 meter menggunakan kontrol fuzzy (Matlab) dari pada kontrol komparator (Matlab) , tetapi lebih panjang 0,05 meter menggunakan kontrol fuzzy (mikrokontroler) dibandingkan dengan komparator (Matlab) . Jika dibandingkan antara kontrol fuzzy (mikrokontroler) dengan tanpa kontroler lebih pendek 1,41 meter .

3. menggunakan mikrokontroler 16 bit mempunyai keunggulan ketelitian dalam perhitungan aritmatik pada pengolahan data sensor sampai nilai maksimum 65535 , sehingga hasil output dari kontroler lebih tepat dan akurat . Hasilnya mendekati dengan simulasi yang ada pada Matlab .

4.  Pada keluaran kontroler hasil penelitian asalah tiga kondisi ( 0,126, dan 255 ) , maka tepat sekali digunakan untuk mengatur sistem anti blokir aliran tertutup dengan katup magnet 3/3 (3 saluran / 3 fungsi )

5.   Menggunakan metode fuzzy kurva yang dihasilkan kecepatan roda dapat mengikuti trayektori dari kurva kecepatan kendaraan sampai menuju titik nol dengan waktu yang sama ( tidak pernah terjadi blokir ) .

6Pada implementasi selanjutnya data sensor kecepatan dari bahan induktif atau optik dapat melalui input capture dari fasilitas yang dimiliki mikrokontroler. 

 

SARAN

 Bila ada seseorang ingin mengembangkan lagi yang berhubungan dengan otomotif tentang rem , maka kami mempunyai saran sebagai berikut : 

1.  Mikrokontroler 68HC12 dengan metode fuzzy untuk ABS dapat dikembangkan tidak hanya untuk ¼ kendaraan tetapi juga untuk satu kendaraan . 

2.   Jika sistem rem ABS individual terwujud , maka kemungkinan untuk dikembangkan lagi dengan mengatur traksi setiap roda pada kendaraan .

 

DAFTAR PUSAKA

1.   Gullet Charly, ( 1994 ). Intel Fuzzy Logic Tool Simplifies ABS Design, Intel Corporation P.O.Box 7641 Mt. Prospect.

2.   Solyom Stefan, ( 2002 ). “Synthesis of Model-based Tire Slip Controller” , Master Thesis, Departement of Automatic Control, Lund Institute of Technology Lund, Sweden.

3.   Fangjun Jiang, ( 1997 ). An Appliction of Nonlinear PID Control, to a Class of Truct ABS Problems, Ford Motor Company, Product Development Center, GB-E65, MD19920901 Oakwood Blvd, Dearborn, MI 48124

4.   Burckhardt Manfred dt Dr.-Ing, ( 1993 ). Fahrwektechnick: Radschlupf-Regalsysteme,  ISBN 3-8023-0477-2 Copyrigh 1993 by Vogel  Verlag Pp 105

5.  Harly Muchmmad, (2003). “ Rancang Bangun Pumless Hydraulic unit, Sensor  Yawing, Steering Angle dan Centrifugal Force untuk memperbaiki Respond a Kontol Indek pada Kinerja Rem ABS”, Master Tesis, Jurusan Teknik Mesin ITS.

6.  Idar Petersen, ( 2003 ). “ Whell Slip Control in ABS Brakes Using Gain Scheduled Optimal Control With Contraints”, Doktor Ingenior Thesis, Departement of Engineering Cybernetics Norwegien University of Science and Technogy Trondheim, Norway.

7.   Kenneth R. Buckholtz, ( 2002 ). “Use of Fuzzy Logig In Wheel Slip Assignment-Part 1; Yaw Rate Control”, SAE-Technical Paper Series, Detriod Michigan Pp1

8.    Tiyibu, ( 1997 ). Sistem Rem ABS, Lesson Plan, Departemen Automotif, VEDC.

9.     Woods, Robert L And Lawrence, Kent L, ( 1997 ). Modeling and Simulation of Dynamic Systems, Prentice Hall Upper Saddle River New Jersy, Pp. 306-318.

10.Ricard C. Dorf and Robert H. Bishof, ( 2002 ). Modern Control System, Prentice Hall Upper Saddle River New Jersy, Pp. 59.

11.Sodikin Susa’at, (2003 ). “ Kontrol Kecepatan Motor DC Berbasis Logika Fuzzy Menggunakan Mikrokontroler 8 bit”, Master Tesis, Program Studi Elektro . Bidang Keahlian Teknik Sistem Tenaga ITS Surabaya.

12.B. Wamister Bruno, ( 2000 ).Fuzzy for Lemps 12 generiert HC12-Assembler Code fur Fuzzy-Systeme mit bis zu vier Eingangen und Ausgangen, CH-Burgistein.

13. Andrian Biran and Mosche Breiner, ( 1999 ). Matlab 5 fuer Ingennieure: Systematische undpraktische Einfuehrung, ISBN 3-8273-1416X Auflage Bonn.

14.Larry Michaels ( 1999 ). Demo Matlab, The Math Works.Inc version 5.3.

15. B. Wamister Bruno, ( 2002 ). Die Lems 12 68 HC12 User Manual, CH- Burgistein.