LAPORAN KEMAJUAN

PENELITIAN UNGGULAN DANA ITS TAHUN 2020

Evaluasi Skenario Integrasi dan Pengujian Kinerja Sistem

dan Fungsi Kemudi Kooperatif pada Mobil Otonom

Tim Peneliti: ACHMAD AFFANDI (Teknik Elektro)

EKO SETIJADI (Teknik Elektro) DJOKO PURWANTO (Teknik Elektro)

IMAM ARIFIN (Teknik Otomasi Industri)

DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

2020

Daftar Isi

Bab I RINGKASAN .................................................................................................................................... 3

Bab II HASIL PENELITIAN ......................................................................................................................... 4

II.1 Sistem Mobil Otonom ................................................................................................................... 4

II.2 Integrasi Sub-sistem Mobil Otonom ............................................................................................. 7

II.3 Skenario Eksperimen Kinerja Kemudi Kooperatif ....................................................................... 10

Bab III STATUS LUARAN ......................................................................................................................... 12

Bab IV PERAN MITRA ............................................................................................................................ 13

Bab V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN ........................................................................................ 14

Bab VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA .......................................................................................... 15

Bab VII DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................................... 16

Bab VIII LAMPIRAN ................................................................................................................................ 18

VIII.1 Komponen Sensor Utama Sistem Navigasi Cerdas .................................................................. 18

Bab I RINGKASAN

Pengembangan mobil listrik lebih lanjut adalah memberikan kemampuan self-driving

(otonom) pada mobil agar mampu melakukan penginderaan lingkungan dan bergerak dengan

aman dengan sedikit atau tanpa bantuan manusia. Kemampuan ini didukung oleh sistem

kemudi kooperatif yang mengontrol kemudi mobil dengan bantuan sistem cerdas.

Pelaksanaan riset ini sesuai dengan jadwal yang sudah diusulkan dan telah berjalan pada

tahap laporan kemajuan, secara umum kemajuan dapat sebesar 71% (tujuh puluh satu

persen). Permasalahan integrasi sistem dipecahkan dalam riset integrasi sub-sistem, khusus

pada riset ini memastikan integrasi sub-sistem mekanik mobil (sistem kemudi), sub-sistem

elektrik penggerak mobil, sub-sistem sensor lingkungan dan sub-sistem kontrol kemudi

otomatis dengan dukungan sistem cerdas. Tujuan riset yaitu kalibrasi kontrol kemudi

kooperatif pada mobil otonom.

Target penelitian ini diharapkan akan dapat dikontribusikan diantaranya:

Integrasi sistem kemudi kooperatif pada mobil otonom beroperasi

Kontribusi model dan metode operasional dari sub-sistem kemudi kooperatif

Acuan kalibrasi pada sistem kontrol kemudi cerdas untuk mobil otonom

Untuk pengembangan ini perlu integrasi sub sistem Smart Drive dan Sistem Mekatronika

Mobil Listrik, Desain On Board Unit termasuk komunikasi, user interface, computing unit,

storage; navigasi (sensor, LIDAR, RADAR, PU, GPS); Communication System, Network Protocol

& Interface; pemanfaatan AI dan Smart Data Processing, desain UX dan aplikasi pengguna

serta tak kalah penting adalah jaringan dan manajemen Battery dan Charging.

Proses integrasi tersebut menjadi bagian penting dalam setiap langkahnya dalam penyatuan

operasional seluruh sub sistem. Kemudian hasil dari integrasi tersebut akan memberikan

kinerja penuh pada sistem utama dari mobil otonom, yaitu pada sistem kemudi kooperatif.

Evaluasi kinerja hasil integrasi ini dilakukan dengan beberapa tahapan, pada tahapan awal

dalam proses integasi pengujian di lokasi memastikan bahwa sistem kemudi kooperatif dapat

berjalan yakni dengan sistem manual, kemudian dilakukan dengan pengaktifan kontrol

kemudi kooperatif dan kembali dengan sentuhan di kemudi akan mengembalikan ke kontrol

manual.

Selanjutnya pengukuran kinerja dilakukan dengan penerapan kontrol kemudi kooperatif

secara otonom pada rute yang ditentukan. Eksperimen ini memastikan pengenalan rute lebih

awal di sistem sebagai rute acuan. Kemudian membandingkan posisi mobil saat berjalan

dengan rute acuan, dan memastikan kontrol kemudi menyesuaikan target rute acuan.

Kata Kunci : mobil otonom, kemudi kooperatif, kontrol cerdas, autonomous vehicle

Bab II HASIL PENELITIAN

Hasil kemajuan pelaksanaan penelitian diuraikan dalam sub bab (2.2) Sistem Mobil Otonom,

(2.3) Integrasi Sub Sistem dan (2.4) Eksperimen Kinerja Kemudi Kooperatif yang dilakukan.

Hasil penelitian ini merupakan tahapan yang telah dilakukan bersama dalam konsorsium tim

penelitian intelligent-CAR (iCAR) ITS yang dikoordinasikan oleh Direktorat Riset dan

Pengabdian Masyarakat (DRPM) ITS.

II.1 Sistem Mobil Otonom

Mobil otonom adalah mobil yang memiliki kemampuan berkendara mandiri layaknya

dikendalikan seperti manusia. Kendaraan tersebut dilengkapi dengan teknologi kecerdasan

buatan (Artificial intelligent), sensor lingkungan dan aktuator sehingga mamungkinkan

berjalan tanpa dikendalikan manusia.

Mobil otonom yang dikembangkan dalam riset ini merupakan produk riset lintas disiplin

antara teknologi otomotif dan teknologi informasi, desain produk dan teknologi utama yang

disematkankan didalamnya adalah Artificial Intelligent (AI).

Mobil otonom ini mampu melakukan analisa lingkungan sekitar melalui sensor dan

mengambil mampu keputusan sendiri sehingga tidak memerlukan bantuan manusia dalam

pengoperasiannya.

Gambar 1. Sub-sistem yang mendukung mobil otonom

Tingkat otomasi dari mobil otonom menurut standar SAE (J3016) ada 5 tingkatan, seperti

diberikan dalam gambar 2.

Gambar 2. Tingkat otomasi pada mobil otonom

1) Autonomous Tingkat 0

Otomasi pada level ini adalah kendaraan masih dikendalikan oleh manusia sehingga

tidak ada fitur Autonomous pada kendaraan di tingkat ini.

2) Autonomous Tingkat 1

Pada tingkat ini fitur fitur otomasi mulai diterapkan untuk mendukung aspek

keselamatan, keamanan dan kenyamanan pengemudi selama berkendara. Fitur auto

braking atau pengereman otomatis adalah ciri khas otomasi tingkat 1 dimana suatu

kendaraan hanya mampu melakukan satu tugas dalam satu kesempatan

3) Autonomous Tingkat 2

Pada tingkat ini kendaraan memiliki sistem otomatisasi parsial. Kendaraan minimal 2

fitur otomatis seperti Steering dan Lane Control Assistant termasuk Traffic Jam

Assistant, membuat mengemudi sehari-hari jauh lebih mudah. Sistem pengereman

secara otomatis, akselerasi otomatis dan, perlahan – lahan mengambil alih sistem

kendali

4) Autonomous Tingkat 3

Kendaraan otonom level 3 mampu mengemudi sendiri, tetapi hanya dalam kondisi

ideal dan dengan keterbatasan, seperti akses terbatas yang terbagi jalan raya dengan

kecepatan tertentu. Meski tangan terlepas dari kemudi, pengemudi tetap diharuskan

di belakang kemudi. Seorang pengemudi manusia masih harus mengambil alih jika

kondisi jalan berada di bawah yang ideal.

5) Autonomous Tingkat 4

Kendaraan otonom level 4 dapat mengemudi sendiri tanpa interaksi manusia (selain

memasuki tujuan Anda) tetapi akan dibatasi untuk kasus penggunaan yang diketahui.

Operasional kendaraan otonom level 4 ini masih dibatasi oleh hukum dan regulasi.

Fitur autonomous Kendaraan level 4 masih dapat dioperasikan hanya pada lingkungan

tertentu

6) Autonomous Tingkat (level) 5

Pada kendaraan Autonomous level 5 kita tiba di mobil tanpa pengemudi sejati.

Kendaraan berkemampuan level 5 harus dapat memonitor dan bermanuver melalui

semua kondisi jalan dan tidak memerlukan intervensi manusia apa pun,

menghilangkan kebutuhan akan roda kemudi dan pedal. Meskipun banyak komponen

teknologi artificial intelligent yang memungkinkan terwujudnya kendaraan ini, namun

dikarenakan peraturan dan regulasi hukum, kendaraan Level 5 mungkin masih

membutuhkan waktu beberapa tahun ke depan.

Para rancangan riset mobil otonom iCAR ITS, telah didefinisikan untuk mencapai tingkat 3,

mobil otonom dapat beroperasi pada jalur yang telah dirancang pada lingkungan terbatas.

Mengingat peraturan tentang kendaraan swa kemudi di Indonesia belum diatur, sehingga

penerapan iCAR ITS ini pada lingkungan atau area pribadi/kompleks tertentu, untuk

pemanfaatan terbatas.

Meskipun dalam pemanfaatan yang terbatas iCAR ITS yang dirancang memiliki fitur kemudi

otonom dengan bantuan sistem kontrol kemudi kooperatif, bersamaan dengan manual jika

diinginkan.

II.2 Integrasi Sub-sistem Mobil Otonom

Para rancangan riset mobil otonom iCAR ITS, telah didefinisikan untuk mencapai tingkat 3,

mobil otonom dapat beroperasi pada jalur yang telah dirancang pada lingkungan terbatas.

Mengingat peraturan tentang kendaraan swa kemudi di Indonesia belum diatur, sehingga

penerapan iCAR ITS ini pada lingkungan atau area pribadi/kompleks tertentu, untuk

pemanfaatan terbatas.

Meskipun dalam pemanfaatan yang terbatas iCAR ITS yang dirancang memiliki fitur kemudi

otonom dengan bantuan sistem kontrol kemudi kooperatif, bersamaan dengan manual jika

diinginkan.

Arsitektur dasar dari mobil otonom iCAR ITS yang dirancang diberikan pada gambar 3, yang

terdiri dari 7 sub-sistem diantaranya:

1. Body Frame,

2. Frame, Power Drive & Steering

3. Servo Control & Mechatronics

4. Sensors & Navigations

5. Communication

6. Integration On-board Unit, and User Interface

7. Battery

Gambar 3. Arsitektur dasar mobil otonom

Pada riset konsorsium ini digunakan pada awalnya adalah memanfaatkan arsitektur mobil

golf sebagai platform dan body mobil listrik. Tim mekatronik berfokus pada riset otomasi

kemudi cerdas untuk mendukung sistem mobil otonom, yang meliputi kontro elemen nomor

2 sampai 6 dengan catuan dari 7.

Berikut gambar 4, hasil kemajuan dari rancangan modifikasi platform mobil golf pada tahapan

awal untuk dirancang sistem otonom tersebut.

Gambar 4. Hasil rancangan modifikasi platform body mobil golf menjadi iCAR ITS

Hasil rancangan sub-sistem navigasi cerdas yang mendukung kemudi kooperatif yang

dirancang adalah sebagai berikut.

1) Diagram blok sistem navigasi

Sistem navigasi cerdas yang dirancang seperti yang ditunjukkan di gambar 5. Sistem

ini terdiri dari :

penerima GPS (Global Positioning Satellite), sebagai sensor posisi yang akan

memberikan luaran data posisi mobil berupa koordinat bujur dan lintang.

Kamera yang digunakan memonitor kondisi lingkungan di sekitar mobil, luaran

kamera akan mencatu masukan gambar pada sub-sistem pengolah gambar (image

processor) yang luarannya diteruskan ke sistem navigasi untuk mendukung

pengambilan keputusan

LIDAR (Light Detection and Ranging), perangkat sensor yang mendeteksi obyek

dan mengukur jaraknya, yang digunakan untuk catuan obyek dan jaraknya

disekitar mobil saat bergerak, sehingga menjadi pertimbangan keputusan navigasi.

Tiga sensor utama tersebut di atas merupakan data penting dalam sistem navigasi cerdas

yang akan memberikan keputusan terhadap kontrol kemudi, kecepatan motor listrik dalam

perjalanan mobil otonom.

Sistem navigasi cerdas yang dibangun merupakan integrasi dari tiga sensor utama dan aktutor

berupa sitem throttle, sistem kemudi (steering), sistem pengeriman (braking) dan sistem

instrumentasi yang akan mengontrol, merupakan antar muka termasuk sistem komunikasi.

Gambar 5. Sistem navigasi cerdas

Rincian diagram perangkat keras pendukung navigasi cerdas diberikan seperti gambar 6.

2) Diagram perangkat keras navigasi cerdas

Perangkat keras utama yang mendukung sistem navigasi cerdas ini terdiri dari sebuah sistem

komputer yang terhubung ke tiga sensor utama (GPS, kamera, LIDAR) dan aktuator berupa

sub-sistem throttle, brake, steering dan instrumentasi.

Gambar 6. Rangkaian perangkat yang terhubung untuk navigasi cerdas

Untuk masing-masing aktuator akan ditransaksikan data sebagai berikut :

Throttle system:

o input : posisi throttle.

o Output: posisi throttle.

Brake System

o Input: torsi

o Output: posisi throttle.

Steering system

o Input: posisi

o Output: posisi

Instrumentation (lamp, sign, dll)

o Input: state

o Output: state

Car

Velocity

Steering

Position

GPS

Camera

Lidar

Navigation

System

GPS

Camera

Lidar

Computer

System

Throttle System

Brake System

Steering System

Instrumentation

System

Gambar-gambar terkait dengan komponen pendukung sistem navigasi cerdas disampaikan di

lampiran I.

II.3 Skenario Eksperimen Kinerja Kemudi Kooperatif

Skenario eksperimen untuk evaluasi kinerja kemudi kooperatif perlu disiapkan untuk lintasan

perjalanan yang direncanakan. Kendaraan otonom ini beroperasi pada area tertentu dengan

lintasan yang perlu didefinisikan lebih awal sebagai acuan target lintasan. Selanjutnya mobil

akan dapat berjalan sesuai dengan target lintasan.

Pada percobaan ini, mobil dijalankan secara otonom dengan menggunakan GPS Referensi

yang diletakkan pada parkiran belakang gedung Robotika ITS. Tinggi GPS Referensi hanya

sekitar 3 meter. Koneksi antara GPS referensi dengan GPS rover (pada mobil) menggunakan

koneksi telemetri, sedangkan koneksi internet menggunakan Wi-Fi yang diletakkan di dekat

GPS Referensi.

Tujuan dari percobaan ini adalah menguji mobil otonom pada ruas jalan yang sederhana,

yaitu hanya terdiri dari dua bundaran sebagai putar balik dan dua ruas jalan lurus. Pengujian

ini lebih menitik beratkan pada fungsionalitas sistem secara keseluruhan.

Dua skenario yang disiapkan telah dimasukkan dalam system navigasi cerdas seperti di

gambar 7 dan 8.

Gambar 7. Skenario 1: Lokasi di sekitar Gedung Robotika ITS

Pada scenario 1: Gambar 7, lintasan jalan yang dilalui, titik terdekat dari dengan GPS

Referensi sejauh 104 meter, sedangkan titik terjauh dari GPS referensi adalah 150 meter.

Panjang lintasan total yang digunakan adalah sekitar 400 meter.

Sedangkan untuk scenario 2: Gambar 8, dilakukan di taman alumni. Agar dalam pelaksanaan

penentuan posisi lebih akura, dipasan pemancar GPS Referensi ada di sisi taman alumni (GPS

RTK Reference). Titik terdekat dengan GPS Referensi : 5 meter, sedangkan titik terjauh dengan GPS

Referensi sebesar 150 meter. Adapun panjang lintasan : 600 meter.

Gambar 8. Skenario 2: Lokasi di sekeliling Taman Alumni ITS.

Bab III STATUS LUARAN

Uraian status proses mencapai luaran yang didukung dengan bukti kemajuan ketercapaian luaran yang

data lengkapnya disampaikan pada bagian bab Lampiran.

Target luaran penelitian ini diharapkan yang dikontribusikan diantaranya:

Integrasi sistem kemudi kooperatif pada mobil otonom beroperasi

Kontribusi model dan metode operasional dari sub-sistem kemudi kooperatif

Acuan kalibrasi pada sistem kontrol kemudi cerdas untuk mobil otonom

Bab IV PERAN MITRA

Belum ada mitra penelitian yang bekerja sama untuk hilirisasi produk iCAR ini.

Bab V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN

Kendala pelaksanaan penelitian konsorsium diantaranya:

Waktu pekerjaan yang seria, sehingga untuk eksperimen harus menunggu pekerjaan

tim body, tim yang mengembangkan platform termasuk penggerak, tim

mekatronika. Sekaligus pekerjaan ini dilakukan bersama-sama dengan tim platform

dan mekatronika.

Pelaksanaan pekerjaan penelitian menunggu pengadaan barang utama: platform

mobil golf dan pengadaan LIDAR yang memerlukan waktu.

Sinergitas dan integrase kerjasama dengan disiplin ilmu lain juga memerlukan waktu

yang lebih panjang dari perkiraan. Hambatan atau kendala yang mungkin terjadi pada

tahap ini terjadi dalam prosesnya, diidentifikasi sebagai kendala yang dihadapi adalah

evaluasi konsep baru.

Bab VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA

Rencana tahapan selanjutnya berisi tentang rencana penyelesaian penelitian dan rencana untuk mencapai luaran yang dijanjikan.

Rencana kegiatan selanjutnya diberikan dalam table berikut.

NO KEGIATAN SEP OKT NOV DEC

1 Pembuatan acuan rute 1 & 2 __xx

2 Pengukuran kinerja sistem kemudi kooperatif xx

3 Penyempurnaan sistem navigasi cerdas __x

4 Final Evaluasi Kinerja sistem kemudi koopertif ___x

5 Penyusunan Luaran Penelitian ___X

6 Penyusunan Laporan Akhir X

7 Finalisasi Laporan Akhir _x

Bab VII DAFTAR PUSTAKA

1. "Vehicle-To-Vehicle Communication Technology For Light Vehicles" (PDF). www.google.com.

p. e10. Retrieved 2019-12-02.

2. An assessment of LTE-V2X (PC5) and 802.11p direct communications technologies for

improved road safety in the EU.(http://5gaa.org/wp-content/uploads/2017/12/5GAA-

Roadsafety-FINAL2017-12-05.pdf)

3. White Paper on ITS spectrum utilization in the Asia Pacific Region

(http://5gaa.org/wpcontent/uploads/2018/07/5GAA_WhitePaper_ITS-spectrum-utilization-

in-the-Asia-PacificRegion_FINAL_160718docx.pdf)

4. C-ITS: Three observations on LTE-V2X and ETSI ITS-G5—A comparison

(https://www.nxp.com/docs/en/white-paper/CITSCOMPWP.pdf)

5. Heterogeneous Vehicular Networking: A Survey on Architecture, Challenges, and

Solutions(https://doi.org/10.1109/COMST.2015.2440103)

6. EN 302 663 Intelligent Transport Systems (ITS); Access layer specification for Intelligent

Transport Systems operating in the 5 GHz frequency band

(http://www.etsi.org/deliver/etsi_en/302600_302699/302663/01.02.00_20/en_302663v01

0200a.pdf)

7. Taeihagh, Araz; Lim, Hazel Si Min (2 January 2019). "Governing autonomous vehicles:

emerging responses for safety, liability, privacy, cybersecurity, and industry risks". Transport

Reviews. 39 (1): 103–128. arXiv:1807.05720. doi:10.1080/01441647.2018.1494640. ISSN

0144-1647.

8. Maki, Sydney; Sage, Alexandria (19 March 2018). "Self-driving Uber car kills Arizona woman

crossing street". Reuters. Retrieved 14 April 2019.

9. Thrun, Sebastian (2010). "Toward Robotic Cars". Communications of the ACM. 53 (4): 99–

106. doi:10.1145/1721654.1721679.

10. Gehrig, Stefan K.; Stein, Fridtjof J. (1999). Dead reckoning and cartography using stereo

vision for an automated car. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and

Systems. 3. Kyongju. pp. 1507–1512. doi:10.1109/IROS.1999.811692. ISBN 0-7803-5184-3.

11. Lassa, Todd (January 2013). "The Beginning of the End of Driving". Motor Trend. Retrieved 1

September 2014.

12. "European Roadmap Smart Systems for Automated Driving" (PDF). EPoSS. 2015. Archived

from the original (PDF) on 12 February 2015.

13. Lim, Hazel Si Min; Taeihagh, Araz (2019). "Algorithmic Decision-Making in AVs:

Understanding Ethical and Technical Concerns for Smart Cities". Sustainability. 11 (20): 5791.

arXiv:1910.13122. Bibcode:2019arXiv191013122L. doi:10.3390/su11205791.

14. "Self-driving trucks are here – here's how they will transform the trucking industry" (Video).

CNBC Videos. 13 April 2019. Retrieved 14 April 2019 – via Yahoo.

15. "'Phantom Auto' will tour city". The Milwaukee Sentinel. 8 December 1926. Retrieved 23 July

2013.

16. Vanderblit, Tom (6 February 2012). "Autonomous Cars Through The Ages". Wired. Retrieved

26 July 2018.

17. Marc Weber (8 May 2014). "Where to? A History of Autonomous Vehicles". Computer

History Museum. Retrieved 26 July 2018.

18. "Carnegie Mellon". Navlab: The Carnegie Mellon University Navigation Laboratory. The

Robotics Institute. Retrieved 20 December 2014.

19. Kanade, Takeo (February 1986). Autonomous land vehicle project at CMU. CSC '86

Proceedings of the 1986 ACM Fourteenth Annual Conference on Computer Science. Csc '86.

pp. 71–80. doi:10.1145/324634.325197. ISBN 9780897911771.

20. Wallace, Richard (1985). "First results in robot road-following" (PDF). JCAI'85 Proceedings of

the 9th International Joint Conference on Artificial Intelligence. Archived from the original

(PDF) on 6 August 2014.

21. Schmidhuber, Jürgen (2009). "Prof. Schmidhuber's highlights of robot car history". Retrieved

15 July 2011. 23. Turk, M.A.; Morgenthaler, D.G.; Gremban, K.D.; Marra, M. (May 1988).

"VITS-a vision system for automated land vehicle navigation". IEEE Transactions on Pattern

Analysis and Machine Intelligence. 10 (3): 342–361. doi:10.1109/34.3899. ISSN 0162-8828

Bab VIII LAMPIRAN

VIII.1 Komponen Sensor Utama Sistem Navigasi Cerdas

Pemasangan LIDAR di posisi tengah bagian depan

Posisi LIDAR setelah body mobil tertutup

LIDAR

Posisi GPS

Kamera di pasang di atas mobil