OlehOleh ::WidjokongkoWidjokongko HanantoHananto
NIP 2107205001NIP 2107205001
SISTEM KENDALI TERTUTUP DENGAN MODE SISTEM KENDALI TERTUTUP DENGAN MODE ELEKTRIK PADA ELEKTRIK PADA CONTINUOUSLY VARIABLE CONTINUOUSLY VARIABLE
TRANSMISSIONTRANSMISSION (CVT) UNTUK MENINGKATKAN (CVT) UNTUK MENINGKATKAN KINERJA KENDARAANKINERJA KENDARAAN
DosenDosen PembimbingPembimbing ::Dr. Ir. Dr. Ir. BambangBambang SampurnoSampurno, MT, MT
Prof. Ir. I Prof. Ir. I NyomanNyoman SutantraSutantra, , MScMSc, PhD, PhD
PROGRAM MAGISTERPROGRAM MAGISTERBIDANG KEAHLIAN DISAIN SISTIM MEKANIKALBIDANG KEAHLIAN DISAIN SISTIM MEKANIKAL
JURUSAN TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYASURABAYA 20092009
LATAR BELAKANGLATAR BELAKANG
Pemanfaatan perubahan diameter antara puli penggerak (driver) dan puli yang digerakkan (driven pulley) sehingga dapat melakukan variasi ratio transmisi menjaditak terbatas.
KEUNGGULAN CVT Vs. ATMengurangi 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 nyamandalam mengendari.Pada pengembangan CVT terbaru memilikibanyak pilihan terutama dalam membuatsimulasi kontrol yang diinginkan.CPU dapat dikonfigurasikan untukmengendalikan mode range mengendari danprilaku CVT.
KELEMAHAN CVT Vs. ATKapasitas Torsi Terbatas.Faktor slip pada puli danbelt yang menyebabkankinerja CVT menurun.Keausan belt atau roller sebagai faktor utama biladigunakan pada Daya > 135 HP
Sistem CVT memilik beberapa type penggerak ratio yaitu : 1. Variable-diameter Pulley (VDP),
2. Toroidal atau roller CVT,
3. Hydrostatic CVT ,
4. Electrical Continuously Variable Transmission (ECVT).
Yang akan dikembangkan padadi penelitian ini….
Bagaimana mengidentifikasi karakteristik dari pengaturanrasio CVT untuk mengurangi parameter gesekandisebabkan oleh slip (λ) dari gesekan belt dengan puli.
Bagaimana merancang sistem pengendalian putaranmelalui pengaturan posisi pada CVT yang mana sistem inidiasumsikan sebagai variabel mesin penggerak kendaraanmenggunakan sistem transmisi CVT.
Bagaimana mode elektrik dapat digunakan sebagaipenggerak Push Belt CVT dengan menggunakan motor DC.
RUMUSAN MASALAHRUMUSAN MASALAH
BATASAN MASALAHBATASAN MASALAH
Model kendaraan adalah engine stand untuk kendaraanpenumpang jenis city car penggerak FWD dengan 1300 cc.
Simulasi engine stand mengunakan mesin bensin 6.5 HP sebagaipengganti mesin kendaraan.
Analisa desain serta kekuatan frame CVT dan chasis kendaraantidak dibahas dalam penelitian ini.
Jenis mekanisme pengatur ratio CVT adalah menggunakanpenggerak Push Belt dengan mekanisme Fork Screw yang digerakan oleh motor DC 12 Volt.
Membuat sistem kontrol loop tertutup untuk rasio CVT yang optimal pada penggerak motor DC.
Memperoleh unjuk kerja CVT secara simulasi dan eksperimendengan bekerja pada putaran tertentu dan akibat pembebanandengan variasi rasio.
Memperoleh karakteristik ratio CVT pengendalian ratio CVT.
TUJUAN PENELITIANTUJUAN PENELITIAN
MANFAATMANFAAT
Memberikan informasi sistem rasio CVT pada kecepatankendaraan.
Memberikan informasi mengenai kinerja Sistem Kendali Loop Tertutup Dengan Mode Elektrik Pada Continuously Variable Transmission (CVT) sebagai bahan acuan dalam improvementanalisis untuk penyempurnaan dari pengembangan yang adapada sistem CVT sebelumnya.
Dapat meningkatkan effisiensi ratio CVT dari gesekan belt dengan puli.
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 hidrolikSimulasi : Control FuzzyHasil : 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 PUSTAKAKAJIAN PUSTAKA
VECHILE RESISTANCE DAN GANGGUAN PADA JALANVECHILE RESISTANCE DAN GANGGUAN PADA JALAN
sθ
rW
fW
2l
1l
L
W
fR
rR
fF
rF
h
a
agW
sθ
dF
h
Hambatan Gravitasi
gR
Hambatan Rolling
Hambatan Angin
Gaya Dorong/Traksi
akansudut tanj kendaraan percepatan
(drag)angin hambatan belakang roda rollinghambatan depan roda rollinghambatan
avitasianjakan/grhambatan tbelakangpenggerak roda dorong gaya
depanpenggerak roda dorong gaya :gambar Keterangan
====
=
==
=
θaRRRRF
F
d
r
f
g
r
f
Reference: Sutantra, I. N, 2002, ”Teknologi Otomotif Teori dan Aplikasinya
RtRgRrRaRw +++=
2...21 vACRa dρ=
mgvccRr ba )..( +=
θSingmRg ..=
vmdtdvmRt &.==
Vechile Resistance
FLOWCHART PENELITIANFLOWCHART PENELITIAN
PERENCANAAN DRIVE TRAINEPERENCANAAN DRIVE TRAINE
Menentukan posisi dan mekanisme 2 penggerak untuk CVT.Menentukan penggerak Push Belt untukmekanisme Fork Screw.Merancang sistem permodelan Drive Train FWD.
Parameter Putaran untuk menentukan CVT Ratio :
Maka putaran mesin ωE (rpm) sebagai inputan sistem kendalinya dengan feed back pengukuran ωR (rpm) pada roda untuk mengendalikan ratio CVT dan Slip Belt
Data Parameter Data Parameter untukuntuk SimulasiSimulasi KomputerKomputer ::
PERENCANAAN SISTEM KENDALI DUAL PUSH BELT PENGGERAK PERENCANAAN SISTEM KENDALI DUAL PUSH BELT PENGGERAK FORK SCREW UNTUK MENGONTROL RATIO CVTFORK SCREW UNTUK MENGONTROL RATIO CVT
Gambar 3.3. Diagram kontrol CVT
Indikator Slip Belt :
secara teoritis dan TS,CVTeksperimen (tanpa bebandan pembebanan)
Next :
Indikator Torsi danFuel Consumption:Bila putaran mesin > 2500 rpm maka motor AC diset pada 2500 rpm hasil dari grafik kinerjakendaraan 1300 cc.
Grafik hubungan throtle position denganputaran mesin dicari yang optimum melalui look at table pengujian (Sebagai Inputan)
Kecepatan roda dan ratio CVT terhadap putaran mesin (SebagaiControl)
ep
Xp
s
Xs
PWM
Motor ACTachometer
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
SSBELT
VRV .ω
λ−
=
PENGUJIAN PROTOTIPEPENGUJIAN PROTOTIPE
Analisa data :PengujianPengujian karakteristikkarakteristik dilakukandilakukan dengandengan memberikanmemberikan pemberianpemberian bebanbeban Torsi (Torsi (padapada rodaroda berupaberupabebanbeban kendaraankendaraan dandan gradient road), gradient road), kemudiankemudian dilihatdilihat performancenyaperformancenya..
PengukuranPengukuran slip belt slip belt dilakukandilakukan dengandengan penghitunganpenghitungan dandan pengukuranpengukuran kecepatankecepatan padapada belt belt dandanpengukuranpengukuran putaranputaran porosporos sekundersekunder (ratio) (ratio) sertaserta pengukuranpengukuran gerakgerak XpXp dandan Xs.Xs.
HasilHasil akhirakhir pencapaipencapai penelitianpenelitian iniini ditunjukanditunjukan suatusuatu karakteristikkarakteristik ratio CVT ratio CVT dandan pergerakanpergerakan XpXp XsXs
RancanganRancangan Control Control TertutupTertutup
TeK
K2
U1/ESP
s1motor Xp
DC motor
+-
SS
ACTUATOR
( )11
+TsK
Pmotor
EB
19.1228.17
−
HASIL DAN PEMBAHASAANHASIL DAN PEMBAHASAAN
Respon simulasi --- tegangan yang dibutuhkan motor DC untuk menggerakan Xp. Throttle valve 0.7% ----30.34 detik ------ 7.3 mm. (waktu terlama).
HASIL SIMULINK MATLABHASIL SIMULINK MATLAB
Gambar 4.1a. Respon Tegangan dan Xp Throttle 0-0.3%, 1000 - 2500 RPMGambar 4.1b. Respon Ratio pada throttle 0.45-0.70% , 2800 - 3500 RPM
Gambar 4.2. Respon sistem actuatorHasil yang diperoleh kondisi :steady state untuk throttle valve 0.1% ---- 17.53 detik ----- ratio 2.22
PembahasaanPembahasaan OnlineOnlinePengujianPengujian CVT 2 CVT 2 penggerakpenggerak
Gambar 4.3a. Response Sistem actuatorpada 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 )
%055.53RatioEffisiensinPeningkata%
(slip antara belt dan pulley) .
Tanpa Beban Pembebanan
Pengukuran online kecepatan sekunder untuk korelasi dengan Pengukuran online kecepatan sekunder untuk korelasi dengan Torsi pada setTorsi pada set--point 1200 rpm (0.02%)point 1200 rpm (0.02%)
TorsiTorsi (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(%
=
= xTorsiEffisiensi
PembebananTorsi pada setTorsi pada set--point 1200 rpm (0.02%) hasil simulasi MATLABpoint 1200 rpm (0.02%) hasil simulasi MATLAB
KKESIMPULANESIMPULANPengendalian 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 20detik, sistem lebih baik daripada menggunakan 2 (dua) gear screw dan 1 penggerak. sehingga kecepatan roda mendekati kecepatan kendaraan.
Error kendali putaran mesin oleh loop tertutup rata-rata 8.85 rad/s (simulasi) sehingga putaran mendekati posisi torsi sebenarnya.
Sistem kontrol secara simulasi sudah berfungsi dengan baik. Terlihat dari slip belt dan puli yang dihasilkan antara 7.78% -13.12%.
Variable belt CVT yang digunakan sangat berpengaruh terhadap kemampuan CVT dalam meneruskan daya hal ini ditunjukkandengan effisiensi torsi yang terjadi antara 67,12% - 70.26%.
DAFTAR PUSTAKADAFTAR PUSTAKA1.1. Ariyono S, 2008, Ariyono S, 2008, ““Intelligent Electromechanical Continuously Variable TransmissionIntelligent Electromechanical Continuously Variable Transmission Ratio Ratio
ControllerController””, 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 9636286Technical 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,
GermanyGermany6.6. Internet, CVT Control, 2002, Internet, CVT Control, 2002, http:// cvt.com.sapo.pthttp:// cvt.com.sapo.pt7.7. Internet, History CVT, Internet, History CVT, http://en.wikipedia.org/wiki/Continuously_variable_transmissionhttp://en.wikipedia.org/wiki/Continuously_variable_transmission8.8. Internet, Fuchino M., Ohsono K. 1996, Internet, Fuchino M., Ohsono K. 1996,
http://translate.google.co.id/translate?hl=id&sl=it&u=http://wwwhttp://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=MuaTSdyQEY_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%3DMasayuki%2BFuchino%2Bdan%2BKouhei%2BOhsono%2B%255B1996%255D%26hl%3Diyuki%2BFuchino%2Bdan%2BKouhei%2BOhsono%2B%255B1996%255D%26hl%3Did%26client%3Dd%26client%3Dfirefoxfirefox--a%26rls%3Dorg.mozilla:ena%26rls%3Dorg.mozilla:en--US:official%26sa%3DGUS:official%26sa%3DG
9.9. JurgenJurgen R.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
FuzzyFuzzy””, 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, Surabaya15.15. 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.Bandung.