SISTEM KENDALI TERTUTUP DENGAN MODE ELEKTRIK PADA CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION (CVT) UNTUK MENINGKATKAN KINERJA KENDARAAN

(1)

Oleh Oleh :: Widjokongko

Widjokongko HanantoHananto NIP 2107205001 NIP 2107205001

SISTEM KENDALI TERTUTUP DENGAN MODE

ELEKTRIK PADA

CONTINUOUSLY VARIABLE

TRANSMISSION

(CVT) UNTUK MENINGKATKAN

KINERJA KENDARAAN

Dosen

Dosen PembimbingPembimbing ::

Dr. Ir.

Dr. Ir. BambangBambang SampurnoSampurno, MT, MT Prof. Ir. I

Prof. Ir. I NyomanNyoman SutantraSutantra, , MScMSc, PhD, PhD

PROGRAM MAGISTER PROGRAM MAGISTER BIDANG KEAHLIAN DISAIN SISTIM MEKANIKAL BIDANG KEAHLIAN DISAIN SISTIM MEKANIKAL JURUSAN TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

(2)

LATAR BELAKANG

Pemanfaatan perubahan diameter antara puli penggerak (driver) dan puli yang digerakkan (driven pulley) sehingga dapat melakukan variasi ratio transmisi menjadi tak terbatas.

KEUNGGULAN CVT Vs. AT

; Mengurangi fatigue pada mesin.

; Menghasilkan limit gear ratio yang tak terbatas

→ optimum.

; Mechanically efficient berkurang.

; Lebih fuel efficiency (Bahan Bakar < 17%).

; Mudah dan Ringan → Murah.

; Akselerasi halus → responsive and nyaman dalam mengendari.

; Pada pengembangan CVT terbaru memiliki banyak pilihan terutama dalam membuat simulasi kontrol yang diinginkan.

; CPU dapat dikonfigurasikan untuk

mengendalikan mode range mengendari dan prilaku CVT.

KELEMAHAN CVT Vs. AT

9 Kapasitas Torsi Terbatas. 9 Faktor slip pada puli dan

belt yang menyebabkan kinerja CVT menurun.

9 Keausan belt atau roller sebagai faktor utama bila digunakan pada Daya > 135 HP

(3)

z Sistem CVT memilik beberapa type penggerak ratio yaitu :

z 1. Variable-diameter Pulley (VDP),

z 2. Toroidal atau roller CVT,

z 3. Hydrostatic CVT ,

z

z 4. Electrical Continuously

Variable Transmission (ECVT).

z Yang akan dikembangkan pada di penelitian ini….

(4)

z Bagaimana mengidentifikasi karakteristik dari pengaturan

rasio CVT untuk mengurangi parameter gesekan

disebabkan oleh slip (λ) dari gesekan belt dengan puli.

z Bagaimana merancang sistem pengendalian putaran

melalui pengaturan posisi pada CVT yang mana sistem ini diasumsikan sebagai variabel mesin penggerak kendaraan menggunakan sistem transmisi CVT.

z Bagaimana mode elektrik dapat digunakan sebagai

penggerak Push Belt CVT dengan menggunakan motor DC.

RUMUSAN MASALAH

(5)

BATASAN MASALAH

z Model kendaraan adalah engine stand untuk kendaraan

penumpang jenis city car penggerak FWD dengan 1300 cc.

z Simulasi engine stand mengunakan mesin bensin 6.5 HP sebagai pengganti mesin kendaraan.

z Analisa desain serta kekuatan frame CVT dan chasis kendaraan tidak dibahas dalam penelitian ini.

z Jenis mekanisme pengatur ratio CVT adalah menggunakan

penggerak Push Belt dengan mekanisme Fork Screw yang digerakan oleh motor DC 12 Volt.

(6)

z Membuat sistem kontrol loop tertutup untuk rasio CVT yang optimal pada penggerak motor DC.

z Memperoleh unjuk kerja CVT secara simulasi dan eksperimen dengan bekerja pada putaran tertentu dan akibat pembebanan dengan variasi rasio.

z Memperoleh karakteristik ratio CVT pengendalian ratio CVT.

TUJUAN PENELITIAN

(7)

MANFAAT

z Memberikan informasi sistem rasio CVT pada kecepatan

kendaraan.

z Memberikan informasi mengenai kinerja Sistem Kendali Loop Tertutup Dengan Mode Elektrik Pada Continuously Variable Transmission (CVT) sebagai bahan acuan dalam improvement analisis untuk penyempurnaan dari pengembangan yang ada pada sistem CVT sebelumnya.

z Dapat meningkatkan effisiensi ratio CVT dari gesekan belt dengan puli.

(8)

Tiyasmihadi (2005)

Model : single actuator

Simulasi : Perancangan meliputi berat kendaraan, daya dan kecepatan.

Hasil : dimensi CVT dan eksperimen dilakukan dengan pengujian parameter kecepatan dan beban

Prasetyo (2007)

Model : single actuator hidrolik Simulasi : Control Fuzzy

Hasil : Slip roda dipertahankan 20 % (10%-15%)

Losses rasio ± 70,3 % (slip antara belt dan pulley) . Ariyono (2008)

Model : Double actuator motor DC (Screw Gear motor DC) Simulasi : ANN (Artificial Neural Network).

Hasil : Mengendalikan kecepatan mesin variasi beban dan kondisi jalan Respon masih lambat (proses pembelajaran sistem kontrol)

Parameter Inputan Throtle valve dan Kecepatan → ratio CVT & slip belt. Effisiensi ratio -- 60% dan Torsi optimum 90%

KAJIAN PUSTAKA

(9)

VECHILE RESISTANCE DAN GANGGUAN PADA JALAN

s θ r W f W 2 l 1 l L W f R r R f F r F h a a g W s θ d F h Hambatan Gravitasi g R Hambatan Rolling Hambatan Angin Gaya Dorong/Traksi akan sudut tanj kendaraan percepatan (drag) angin hambatan belakang roda rolling hambatan depan roda rolling hambatan avitasi anjakan/gr hambatan t belakang penggerak roda dorong gaya depan penggerak roda dorong gaya : gambar Keterangan = = = = = = = = θ a R R R R F F d r f g r f

Reference: Sutantra, I. N, 2002, ”Teknologi Otomotif Teori dan Aplikasinya

Rt

Rg

Rr

Ra

Rw

=

+

2 . . . 2 1 _C _A_v Ra= ρ _d mg v c c Rr = ( _a + _b. ). θ Sin g m R_g = . . v m dt dv m Rt = = ._& Vechile Resistance

(10)

FLOWCHART PENELITIAN

(11)

PERENCANAAN DRIVE TRAINE

z Menentukan posisi dan mekanisme 2 penggerak untuk CVT.

z Menentukan penggerak Push Belt untuk mekanisme Fork Screw.

z Merancang sistem permodelan Drive Train FWD.

(12)

Parameter Putaran untuk menentukan CVT Ratio :

Maka putaran mesin ω_E (rpm) sebagai inputan sistem kendalinya dengan feed back pengukuran ω_R (rpm) pada roda untuk mengendalikan ratio CVT dan Slip Belt

Data Parameter

(13)

PERENCANAAN SISTEM KENDALI DUAL PUSH BELT PENGGERAK

FORK SCREW UNTUK MENGONTROL RATIO CVT

Gambar 3.3. Diagram kontrol CVT

Indikator Slip Belt :

secara teoritis dan T_S,CVT eksperimen (tanpa beban dan pembebanan)

Next :

Indikator Torsi dan Fuel Consumption:

Bila putaran mesin > 2500 rpm maka motor AC diset pada 2500 rpm hasil dari grafik kinerja kendaraan 1300 cc.

Grafik hubungan throtle position dengan

putaran mesin dicari yang optimum melalui look at table pengujian (Sebagai Inputan)

Kecepatan roda dan ratio CVT terhadap putaran mesin (Sebagai Control) e p Xp s Xs PWM Motor AC Tachometer Sensor Posisi Mikrokontroller AVR ATMEGA 8535 Driver Motor Sekunder Driver Motor Primer r F to V Tachometer Dynamometer F to V Tachometer F to V Xp Sensor Posisi BELT S S BELT

V

R

V

ω

.

λ

=

−

(14)

PENGUJIAN PROTOTIPE

Analisa data :

Pengujian

Pengujian karakteristikkarakteristik dilakukandilakukan dengandengan memberikanmemberikan pemberianpemberian bebanbeban Torsi (Torsi (padapada rodaroda berupaberupa beban

beban kendaraankendaraandandangradient road), gradient road), kemudiankemudiandilihatdilihatperformancenyaperformancenya.. Pengukuran

Pengukuran slip belt slip belt dilakukandilakukan dengandengan penghitunganpenghitungan dandan pengukuranpengukuran kecepatankecepatan padapada belt belt dandan

pengukuran

pengukuran putaranputaran porosporos sekundersekunder (ratio) (ratio) sertaserta pengukuranpengukuran gerakgerakXpXpdandanXs.Xs. Hasil

(15)

Rancangan

Control

Tertutup

Te K K2 U1/ESP s 1 motor Xp DC motor + -SS ACTUATOR ( 1) 1 + Ts K P motor EB 19 . 12 28 . 17 −

(16)

HASIL DAN PEMBAHASAAN

(17)

z Respon simulasi --- tegangan yang dibutuhkan motor DC untuk menggerakan Xp.

z Throttle valve 0.7% ----30.34 detik --- 7.3 mm. (waktu terlama).

HASIL SIMULINK MATLAB

Gambar 4.1a. Respon Tegangan dan Xp Throttle 0-0.3%, 1000 - 2500 RPM Gambar 4.1b. Respon Ratio pada throttle 0.45-0.70% , 2800 - 3500 RPM

(18)

Gambar 4.2. Respon sistem actuator Hasil yang diperoleh kondisi :

(19)

Pembahasaan

Online

Pengujian

CVT 2

penggerak

Gambar 4.3a. Response Sistem actuator pada putaran 1000 rpm (Tanpa beban).

Gambar 4.3b. Response Sistem actuator pada putaran 1000 rpm (beban).

Respon plant CVT online kondisi (pembebanan) pada 0% (1000 rpm) : Simulink Matlab ( ratio 2.06 --- 8.45 detik )

Online ( ratio 2.06 --- 18 detik )

% 055 . 53 Ratio Effisiensi n Peningkata %

(20)

Tanpa Beban Pembebanan

Pengukuran online kecepatan sekunder untuk korelasi dengan Pengukuran online kecepatan sekunder untuk korelasi dengan Torsi pada set

(21)

Torsi

Torsi (MATLAB) rasio 2.06 = 141.5 N.m. Torsi (online) pada rasio 2.06 = 98.55 N.m.

% 45 . 69 % 100 ) 5 . 141 55 . 98 ( % = = x Torsi Effisiensi Pembebanan Torsi pada set

(22)

K

ESIMPULAN

z Pengendalian Rasio Loop Tertutup pada mekanisme Fork Screw CVT 2 (dua) penggerak mampu membuat effisien ratio menjadi 53.055% yang ditempuh dalam waktu rata-rata kurang dari 20 detik, sistem lebih baik daripada menggunakan 2 (dua) gear screw dan 1 penggerak. sehingga kecepatan roda mendekati kecepatan kendaraan.

z Error kendali putaran mesin oleh loop tertutup rata-rata 8.85 rad/s (simulasi) sehingga putaran mendekati posisi torsi sebenarnya.

z Sistem kontrol secara simulasi sudah berfungsi dengan baik. Terlihat dari slip belt dan puli yang dihasilkan antara 7.78% -13.12%.

z Variable belt CVT yang digunakan sangat berpengaruh terhadap kemampuan CVT dalam meneruskan daya hal ini ditunjukkan dengan effisiensi torsi yang terjadi antara 67,12% - 70.26%.

(23)

DAFTAR PUSTAKA DAFTAR PUSTAKA

1.

1. Ariyono S, 2008, Ariyono S, 2008, ““Intelligent Electromechanical Continuously Variable TransmissionIntelligent Electromechanical Continuously Variable Transmission Ratio Ratio Controller

Controller””, Disertasi Faculty of Mechanical Engineering Univerciti Teknolo, Disertasi Faculty of Mechanical Engineering Univerciti Teknologi Malaysia, Malaysia.gi Malaysia, Malaysia. 2.

2. B. Bonsen, T.W.G.L. Klaassen, K.G.O. van de Meerakker, M. SteinbB. Bonsen, T.W.G.L. Klaassen, K.G.O. van de Meerakker, M. Steinbuch and P.A. Veenhuizen, 2003, uch and P.A. Veenhuizen, 2003, “

“Analysis Of Slip In A Continuously Variable TransmissionAnalysis Of Slip In A Continuously Variable Transmission””, Proceedings of IMECE, Proceedings of IMECE’’03 2003 03 2003 ASME International Mechanical Engineering Congress,

ASME International Mechanical Engineering Congress, IMECE2003IMECE2003--41360,41360,Washington DC.Washington DC. 3.

3. FuchinoFuchino M., M., OhsonoOhsono K. 1996, K. 1996, ““Development of Fully Electronic Control Metal Belt CVTDevelopment of Fully Electronic Control Metal Belt CVT””, SAE , SAE

Technical Paper Series 9636286

4.

4. Gillespie T. DGillespie T. D,,19931993,,””Fundamentals of Vehicle DynamicsFundamentals of Vehicle Dynamics””,,SAE. Inc. 400 Warrandale, USA.SAE. Inc. 400 Warrandale, USA. 5.

5. Lechner G, Naunheimer H, 1999, Lechner G, Naunheimer H, 1999, ””Automative TransmissionsAutomative Transmissions””, Spinger, Spinger--Verlag Berlin Heidelberg, Verlag Berlin Heidelberg,

Germany

6.

6. Internet, CVT Control, 2002, Internet, CVT Control, 2002, http:// cvt.com.sapo.pthttp:// cvt.com.sapo.pt 7.

7. Internet, History CVT, Internet, History CVT, http://en.wikipedia.org/wiki/Continuously_variable_transmissionhttp://en.wikipedia.org/wiki/Continuously_variable_transmission 8.

8. Internet, Fuchino M., Ohsono K. 1996, Internet, Fuchino M., Ohsono K. 1996, http://translate.google.co.id/translate?hl=id&sl=it&u=http://www

http://translate.google.co.id/translate?hl=id&sl=it&u=http://www.ing.unisannio.it/vacca/Tesi2.htm&ei=M.ing.unisannio.it/vacca/Tesi2.htm&ei=M uaTSdyQEY_akAXpkYmzCw&sa=X&oi=translate&resnum=4&ct=result&prev=

uaTSdyQEY_akAXpkYmzCw&sa=X&oi=translate&resnum=4&ct=result&prev=/search%3Fq%3DMasa/search%3Fq%3DMasa yuki%2BFuchino%2Bdan%2BKouhei%2BOhsono%2B%255B1996%255D%26hl%3Di

yuki%2BFuchino%2Bdan%2BKouhei%2BOhsono%2B%255B1996%255D%26hl%3Did%26client%3Dd%26client%3D firefox

firefox--a%26rls%3Dorg.mozilla:ena%26rls%3Dorg.mozilla:en--US:official%26sa%3DGUS:official%26sa%3DG 9.

9. JurgenJurgenR.R.K, 1995K, 1995,,””Automotive Electronics HandbookAutomotive Electronics Handbook””,,McGrawMcGraw--Hill Inc. New YorkHill Inc. New York.. 10.

10. Prasetyo, 2007,Prasetyo, 2007,”” Sistem Kontrol Continuously Variable Transmission (CVT) BerbasiSistem Kontrol Continuously Variable Transmission (CVT) Berbasis Logika s Logika Fuzzy

Fuzzy””, Skripsi, Jurusan Teknik Mesin ITS, Surabaya., Skripsi, Jurusan Teknik Mesin ITS, Surabaya.

11.

11. P. P. SetlurSetlur, J. R. Wagner, D. M. Dawson, and B. Samuels, 2003,, J. R. Wagner, D. M. Dawson, and B. Samuels, 2003,”” Nonlinear Control of a Nonlinear Control of a Continuously Variable Transmission (CVT)

Continuously Variable Transmission (CVT)””, IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS , IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, VOL. 11, NO. 1, JANUARY 2003.

TECHNOLOGY, VOL. 11, NO. 1, JANUARY 2003.

12.

12. Raven F. A, 1995Raven F. A, 1995,,””Automatic Control EngineeringAutomatic Control Engineering””,,McGrawMcGraw--Hill Inc. Hill Inc. New York.New York. 13.

13. Sutantra, I. N, 2002, Sutantra, I. N, 2002, ””Teknologi Otomotif Teori dan AplikasinyaTeknologi Otomotif Teori dan Aplikasinya””,,Guna Widya, Surabaya.Guna Widya, Surabaya. 14.

14. Triyasmihadi, 2006, Triyasmihadi, 2006, ““Rancang Bangun dan Studi Eksperimen Continously Variabel TransmiRancang Bangun dan Studi Eksperimen Continously Variabel Transmission ssion (CVT)

(CVT)””, Proceeding IES, Surabaya, Proceeding IES, Surabaya 15.

15. Wong J YWong J Y,,19931993,,””Theory of Ground VehiclesTheory of Ground Vehicles””,, 3rd edition. John Wiley & Sons, New York3rd edition. John Wiley & Sons, New York..

16.

16. Willa, Lukas, 2007, Willa, Lukas, 2007, ””Teknik Digital, Mikroprosesor & MikrokontrolerTeknik Digital, Mikroprosesor & Mikrokontroler””, , Penerbit Informatika, Penerbit Informatika,

Bandung.