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

Transkripsi

1 SISTEM KENDALI TERTUTUP DENGAN MODE ELEKTRIK PADA CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION (CVT) UNTUK MENINGKATKAN KINERJA KENDARAAN Oleh : Widjokongko Hananto NIP Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Bambang Sampurno,, MT Prof. Ir. I Nyoman Sutantra, MSc,, PhD PROGRAM MAGISTER BIDANG KEAHLIAN DISAIN SISTIM MEKANIKAL JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009

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 Kapasitas Torsi Terbatas. Faktor slip pada puli dan belt yang menyebabkan kinerja CVT menurun. Keausan belt atau roller sebagai faktor utama bila digunakanpadadaya> 135 HP

3 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 pada di penelitian ini.

4 RUMUSAN MASALAH Bagaimana mengidentifikasi karakteristik dari pengaturan rasio CVT untuk mengurangi parameter gesekan disebabkan oleh slip (λ) dari gesekan belt dengan puli. Bagaimana merancang sistem pengendalian putaran melalui pengaturan posisi pada CVT yang mana sistem ini diasumsikan sebagai variabel mesin penggerak kendaraan menggunakan sistem transmisi CVT. Bagaimana mode elektrik dapat digunakan sebagai penggerak Push Belt CVT dengan menggunakan motor DC.

5 BATASAN MASALAH Model kendaraan adalah engine stand untuk kendaraan penumpang jenis city car penggerak FWD dengan 1300 cc. Simulasi engine stand mengunakan mesin bensin 6.5 HP sebagai pengganti mesin kendaraan. Analisa desain serta kekuatan frame CVT dan chasis kendaraan tidak dibahas dalam penelitian ini. Jenis mekanisme pengatur ratio CVT adalah menggunakan penggerak Push Belt dengan mekanisme Fork Screw yang digerakan oleh motor DC 12 Volt.

6 TUJUAN PENELITIAN Membuat sistem kontrol loop tertutup untuk rasio CVT yang optimal pada penggerak motor DC. Memperoleh unjuk kerja CVT secara simulasi dan eksperimen dengan bekerja pada putaran tertentu dan akibat pembebanan dengan variasi rasio. Memperoleh karakteristik ratio CVT pengendalian ratio CVT.

7 MANFAAT Memberikan informasi sistem rasio CVT pada kecepatan kendaraan. 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. Dapat meningkatkan effisiensi ratio CVT dari gesekan belt dengan puli.

8 KAJIAN PUSTAKA 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%

9 VECHILE RESISTANCE DAN GANGGUAN PADA JALAN Reference: Sutantra, I. N, 2002, Teknologi Otomotif Teori dan Aplikasinya Hambatan Gravitasi Gaya Dorong/Traksi Hambatan Rolling Hambatan Angin F d Keterangan gambar : F R R R R a θ f = gaya dorong roda penggerak depan F = gaya dorong roda penggerak belakang r g f r d = hambatan tanjakan/gravitasi = hambatan rolling roda depan = hambatan rolling roda belakang = hambatan angin (drag) = percepatan kendaraan = sudut tanjakan Rw = Ra + Rr + Rg + Rt h R f W f F f l 1 a h L θ s W R g R r l 2 W g a F r θ s 1 2 Ra = ρ. Cd. A. v 2 Rr = ( ca + cb. v). mg R g = m. g. Sinθ Rt = dv m dt = m. v& Vechile Resistance W r

10 FLOWCHART PENELITIAN

11 PERENCANAAN DRIVE TRAINE Menentukan posisi dan mekanisme 2 penggerak untuk CVT. Menentukan penggerak Push Belt untuk mekanisme Fork Screw. Merancang sistem permodelan Drive Train FWD.

12 Data Parameter untuk Simulasi Komputer : 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

13 PERENCANAAN SISTEM KENDALI DUAL PUSH BELT PENGGERAK FORK SCREW UNTUK MENGONTROL RATIO CVT Grafik hubungan throtle position dengan putaran mesin dicari yang optimum melalui look at table pengujian (Sebagai Inputan) Indikator Slip Belt : V BELT ωs.r λ = V BELT S PWM e Motor AC p Xp Tachometer Sensor Posisi F to V secara teoritis dan T S,CVT eksperimen (tanpa beban dan pembebanan) Next : r Tachometer F to V Driver Motor Sekunder s Xp Xs Mikrokontroller AVR ATMEGA 8535 Tachometer Dynamometer Sensor Posisi Driver Motor Primer F to V Indikator Torsi dan Fuel Consumption: Bila putaran mesin > 2500 rpm maka motor AC diset pada 2500 rpm hasil dari grafik kinerja kendaraan 1300 cc. Kecepatan roda dan ratio CVT terhadap putaran mesin (Sebagai Control) Gambar 3.3. Diagram kontrol CVT

14 PENGUJIAN PROTOTIPE Analisa data : Pengujian karakteristik dilakukan dengan memberikan pemberian beban Torsi (pada( roda berupa beban kendaraan dan gradient road), kemudian dilihat performancenya. Pengukuran slip belt dilakukan dengan penghitungan dan pengukuran kecepatan pada belt dan pengukuran putaran poros sekunder (ratio) serta pengukuran gerak Xp dan Xs. Hasil akhir pencapai penelitian ini ditunjukan suatu karakteristik ratio CVT dan pergerakan Xp Xs

15 Rancangan Control Tertutup ACTUATOR K Te DC motor U 1 /E SP + - SS K 1 ( Ts + 1) motor 1 s motor P X p E B K 2

16 HASIL DAN PEMBAHASAAN

17 HASIL SIMULINK MATLAB Gambar 4.1a. Respon Tegangan dan Xp Throttle 0-0.3%, RPM Gambar 4.1b. Respon Ratio pada throttle %, RPM Respon simulasi --- tegangan yang dibutuhkan motor DC untuk menggerakan Xp. Throttle valve 0.7% detik mm. (waktu terlama).

18 Gambar 4.2. Respon sistem actuator Hasil yang diperoleh kondisi : steady state untuk throttle valve 0.1% detik ratio 2.22

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 detik ) Online ( ratio detik ) % Peningkatan Effisiensi Ratio (slip antara belt dan pulley) %

20 Pengukuran online kecepatan sekunder untuk korelasi dengan Torsi pada set-point 1200 rpm (0.02%) Tanpa Beban Pembebanan

21 Torsi pada set-point 1200 rpm (0.02%) hasil simulasi MATLAB Pembebanan Torsi Torsi (MATLAB) rasio 2.06 = N.m. Torsi (online) pada rasio 2.06 = N.m. % Effisiensi Torsi = ( ) x 100% = 69.45%

22 KESIMPULAN Pengendalian Rasio Loop Tertutup pada mekanisme Fork Screw CVT 2 (dua) penggerak mampu membuat effisien ratio menjadi % 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. 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% %. Variable belt CVT yang digunakan sangat berpengaruh terhadap kemampuan CVT dalam meneruskan daya hal ini ditunjukkan dengan effisiensi torsi yang terjadi antara 67,12% %.

23 DAFTAR PUSTAKA 1. Ariyono S, 2008, Intelligent Electromechanical Continuously Variable Transmission Ratio Controller,, Disertasi Faculty of Mechanical Engineering Univerciti Teknologi Malaysia, Malaysia. 2. B. Bonsen, T.W.G.L. Klaassen, K.G.O. van de Meerakker, M. Steinbuch and P.A. Veenhuizen, 2003, Analysis Of Slip In A Continuously Variable Transmission,, Proceedings of IMECE ASME International Mechanical Engineering Congress, IMECE , 41360,Washington DC. 3. Fuchino M., Ohsono K. 1996, Development of Fully Electronic Control Metal Belt CVT,, SAE Technical Paper Series Gillespie T. D, D 1993, Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE. Inc. 400 Warrandale, USA. 5. Lechner G, Naunheimer H, 1999, Automative Transmissions,, Spinger-Verlag Berlin Heidelberg, Germany 6. Internet, CVT Control, 2002, cvt.com.sapo.pt 7. Internet, History CVT, 8. Internet, Fuchino M., Ohsono K. 1996, uatsdyqey_akaxpkymzcw&sa=x&oi=translate&resnum=4&ct=result&prev=/search%3fq%3dmasa yuki%2bfuchino%2bdan%2bkouhei%2bohsono%2b%255b1996%255d%26hl%3did%26client%3d d%26client%3d firefox-a%26rls%3dorg.mozilla:en a%26rls%3dorg.mozilla:en-us:official%26sa%3dg 9. Jurgen R. K, 1995, Automotive Electronics Handbook, McGraw-Hill Inc. New York. 10. Prasetyo, 2007, Sistem Kontrol Continuously Variable Transmission (CVT) Berbasis s Logika Fuzzy,, Skripsi, Jurusan Teknik Mesin ITS, Surabaya. 11. P. Setlur,, J. R. Wagner, D. M. Dawson, and B. Samuels, 2003, Nonlinear Control of a Continuously Variable Transmission (CVT),, IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, VOL. 11, NO. 1, JANUARY Raven F. A, 1995, Automatic Control Engineering, McGraw-Hill Inc. New York. 13. Sutantra, I. N, 2002, Teknologi Otomotif Teori dan Aplikasinya, Guna Widya, Surabaya. 14. Triyasmihadi, 2006, Rancang Bangun dan Studi Eksperimen Continously Variabel Transmission ssion (CVT),, Proceeding IES, Surabaya 15. Wong J Y, Y 1993, Theory of Ground Vehicles, 3rd edition. John Wiley & Sons, New York. 16. Willa, Lukas, 2007, Teknik Digital, Mikroprosesor & Mikrokontroler, Penerbit Informatika, Bandung.