BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pertumbuhan transportasi di Indonesia mengalami kenaikan yang cukup signifikan tiap tahunnya (Dirjen, 2014). Transportasi ini sebagian besar terdiri dari kendaraan yang menggunakan bahan bakar minyak seperti pertamax, bensin dan solar. Dengan terus bertumbuhnya jumlah kendaraan tiap tahunnya hal ini berdampak pada kebutuhan minyak yang terus bertambah. Namun sayangnya sumber daya alam minyak bukanlah sumber daya yang terbaharui. Di tengah isu akan kelangkaan bahan bakar minyak di Indonesia untuk beberapa tahun kedepan membuat perlu adanya penelitian mengenai sistem transportasi dengan bahan bakar yang terbaharukan. Di negara-negara lain sudah banyak dikembangkan model transportasi menggunakan sumber tenaga baterai (Wikipedia : Electric Car Use By Country, 2015). Salah satu contoh transportasi ini ialah mobil listrik. Selain dipandang lebih efisien, kendaraan ini juga ramah lingkungan. Mobil listrik merupakan mobil yang menggunakan energi listrik sebagai penggeraknya. Energi listrik ini tersimpan dalam baterai yang nantinya akan menggerakan penggerak utamanya berupa motor listrik. Selain itu, energi listrik ini juga digunakan untuk keperluan lain seperti sistem pencahayaan, panel dashboard, sistem akselerasi, power steering, sistem pengereman dan sebagainya. Kelebihan penggunaan mobil listrik dibandingkan dengan mobil yang digerakkan oleh mesin bakar adalah tidak menghasilkan emisi yang berpengaruh pada 1
2 pengurangan efek rumah kaca. Mobil listrik sangat cocok bagi negara yang menginginkan alat transportasi bebas polusi dan pencemaran udara (Pradanta, 2001). Mobil listrik tersusun atas beberapa komponen (Pradanta, 2001): Baterai, merupakan media penyimpan energi listrik yang digunakan sebagai sumber penggerak. Motor listrik, merupakan penggerak utama roda mobil listrik. Motor ini tidak memerlukan penggantian oli mesin dan servis tune-up seperti yang ada pada mobil mesin bakar. Pengendali motor listrik, berupa inverter yang berfungsi mengubah arus searah dari baterai menjadi arus bolak-balik tiga fase. Arus ini akan diumpankan ke motor induksi dengan frekuensi yang dapat diubah-ubah. Untuk pengendalian pada motor direct current (DC) digunakan penggal (chopper) yang berfungsi untuk mengatur tegangan yang masuk ke dalam motor. Gear box, merupakan tempat gear yang digunakan untuk transmisi banyak kecepatan. Roda, merupakan bagian yang bersentuhan langsung dengan jalan. Roda berfungsi sebagai pengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi. Charger, merupakan bagian yang berfungsi untuk mengisi ulang baterai.
3 Rem regenerasi, merupakan bagian yang berfungsi untuk mengurangi atau menghentikan laju dari mobil listrik. Rem regenerasi bersama dengan rem hidraulik akan memberikan energi listrik ke baterai ketika terjadi proses pengereman. Hal ini disebabkan oleh karena pada saat pengereman motor listrik akan bekerja sebagai generator yang bisa mengisi baterai kembali. Sistem kendali, merupakan pengendali keseluruhan bagian dari mobil listrik. Saat ini telah banyak digunakan pengendalian elektronis dengan mikroprosesor untuk menggantikan pengendalian mekanik. Sistem ini berfungsi untuk memonitor dan mengendalikan baterai, motor, transmisi, roda, menjalankan fungsi-fungsi akselerasi, rem, kopling dan mengendalikan aksesori interior pada kendaraan. Aksesori, merupakan komponen pelengkap untuk keamanan dan keselamatan seperti lampu sein, display indikator, pendingin dan klakson. Pada setiap komponen ini terdapat banyak sekali sensor yang digunakan. Salah satu contohnya ialah pada baterai. Komponen baterai merupakan satusatunya sumber tenaga pada mobil listrik. Oleh karena itu perlu adanya sensorsensor yang mendukung kinerja dari baterai sehingga komponen ini berfungsi dengan baik dan benar. Setiap sensor akan memiliki suatu fungsi tertentu yang merupakan sebagian kecil dari keseluruhan sensor yang mendukung kinerja komponen ini. Sensor-sensor ini akan mengirimkan data hasil pengukurannya ke panel instrumen dashboard sehingga pengemudi dapat mengetahui kondisi baterai yang ada di dalam mobil listrik.
4 Hal ini juga berlaku untuk komponen-komponen penyusun mobil listrik yang lain seperti motor listrik, aksesori interior dan lain-lain. Dengan semakin banyaknya komponen yang digunakan akan berdampak pada semakin banyaknya sensor-sensor yang akan digunakan dan data yang akan dikirimkan. Hal ini akan banyak menimbulkan masalah jika diterapkan menggunakan cara pengkabelan konvensional atau point to point wiring (Jinrui, 2006). Kebutuhan pertukaran informasi akan semakin meningkat sehingga akan membuat kabel yang digunakan akan sangat panjang dan akan membutuhkan banyak sekali konektor. Hal ini akan menambah masalah yang berkaitan dengan biaya material, waktu produksi dan kehandalan. Diperlukan suatu sistem komunikasi data yang mampu mencakup seluruh sensor ini agar komunikasi berjalan dengan lancar dan aman. Saat ini sudah banyak dikembangkan model komunikasi mobil listrik dengan menggunakan topologi bus. Sistem ini dipandang mampu mengatasi masalah pengkabelan yang rumit pada mobil listrik oleh karena penghubung yang dibutuhkan hanya sedikit. Beberapa contoh sistem bus yang telah dikembangkan antara lain CAN, LIN, I2C, MOST, SPI, IDB-1394, dan lain lain (Wikipedia : Vehicle Bus, 2015). Dalam perkembangannya, CAN dan LIN menjadi sistem yang paling banyak digunakan untuk aplikasi jaringan. Kedua sistem ini memiliki kekurangan dan kelebihannya masing-masing (Talbot, 2009). Salah satu sistem komunikasi yang digunakan pada mobil modern ialah controller area network (CAN). Sistem komunikasi ini menggunakan metode multimaster yang mengirimkan datanya secara broadcast. Sensor-sensor yang mendukung kinerja suatu komponen dari mobil listrik digambar kan sebagai
5 simpul atau node yang disebut electronic control unit (ECU). Beberapa ECU dari komponen-komponen tersebut terhubung dalam suatu jalur dan akan saling bertukar informasi melalui data yang mereka kirimkan dan terima. Pada sisi penerima dilakukan proses penyaringan sehingga hanya informasi yang dibutuhkan yang diterima. Perancangan pada tugas akhir ini membahas mengenai desain sistem elektronis komunikasi CAN pada mobil listrik dan melakukan pengujian mengenai kinerja alat dari desain tersebut. Oleh karena belum adanya komponen-komponen dari mobil listrik sesungguhnya, perancangan ini masih dalam tahap simulasi dengan memanfaatkan beberapa board simulasi untuk mewakili fungsi dari komponen-komponen yang sesunggunya. Desain sistem komunikasi CAN menggunakan beberapa CAN slave yang mewakili fungsi dari beberapa ECU. Perancangan sistem pada tugas akhir ini menggunakan tiga CAN slave yang mewakili fungsi dari ECU inverter, ECU battery management system dan ECU aksesori interior. Diperlukan suatu modul yang berfungsi sebagai penghubung antara sitem CAN bus dengan tablet berbasis android atau laptop sehingga digunakan sebuah CAN master. Keempat modul CAN ini akan dihubungkan pada CAN bus yang berperan sebagai jalur komunikasi. Untuk mengetahui aliran data yang sedang terjadi pada CAN bus ini digunakan CAN analyzer berbasis mikrokontroler Nuvoton. Selain itu pada perancangan ini juga digunakan modul bluetooth HC-05 yang digunakan juga untuk mengetahui aliran data yang sedang terjadi.
6 1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dijelaskan sebelumnya, disusun beberapa rumusan masalah sebagai berikut : 1. Mobil listrik memerlukan banyak sensor dengan bermacam-macam fungsi yang saling berkoordinasi sehingga sistem dapat berjalan dengan baik. 2. Setiap sensor akan menghasilkan hasil bacaan mengenai besaran yang diukurnya dalam bentuk data dan mengirimkannya ke tempat dimana data tersebut dibutuhkan. Hal ini akan menghasilkan aliran data yang sangat banyak ketika sensor yang digunakan semakin banyak. 3. Aliran data yang banyak dari sensor-sensor memerlukan suatu sistem yang dapat mencakup keseluruhan sensor-sensor tersebut dan mendahulukan pengiriman informasi yang lebih penting dan setelah itu baru informasi yang kurang penting. 1.3. Batasan Masalah Berdasarkan rumusan masalah yang telah dijelaskan sebelumnya, maka batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Batasan Perangkat : a. Mikrokontroler yang digunakan untuk melakukan simulasi dan pengujian adalah Nuvoton ARM NUC140VE3CN. b. Transceiver yang digunakan untuk melakukan simulasi dan pengujian CAN adalah Microchip MCP2562.
7 c. Masukkan nilai sensor untuk melakukan simulasi dan pengujian menggunakan perangkat potensiometer, switch push on-of, switch push button dan sensor suhu LM35. d. Setiap ECU dihubungkan ke CAN bus menggunakan kabel twisted pair. 2. Batasan Teknologi a. Menggunakan komunikasi serial untuk membangun komunikasi antar mikrokontroler ARM di setiap ECU. b. Pengiriman pada CAN bus menggunakan teknik carrier-sense multiple access with collision detection and arbitration on message priority (CSMA/CD+AMP). 3. Batasan Sistem a. Suplai tegangan didapatkan dari adaptor sebesar 12 volt. b. Sistem CAN bus menggunakan tegangan suplai 5 volt. c. Sistem CAN dibagi menjadi empat ECU yaitu ECU inverter, ECU battery management system, ECU aksesori interior dan ECU master. d. Masing-masing ECU dihubungkan ke dalam satu bus sebagai jalur aliran data dari setiap ECU. e. CAN analyzer digunakan untuk mengamati aliran data pada CAN bus menggunakan perangkat lunak open source CANHacker.
8 f. Sistem aliran data menggunakan metode request-reply. CAN master akan meminta data (request) ke seluruh CAN slave dan CAN slave yang memiliki ID yang sesuai akan memberikan jawaban (reply) kepada CAN master. g. Simulasi yang dilakukan hanya menunjukan pengiriman data dari suatu simpul asal ke simpul tujuan dengan mengabaikan efek-efek luar seperti interferensi elektromagnetik dan belum menggunakan pendeteksian dan penanggulangan error data. 1.4. Tujuan Penelitian Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah yang telah dijelaskan sebelumnya, maka tujuan yang akan dicapai dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mendesain sistem elektronis komunikasi berbasis CAN untuk mobil listrik yang memiliki komponen inverter, battery management system dan aksesori interior di dalamnya. 2. Melakukan serangkaian uji coba untuk mengirimkan data dari ECU pengirim ke ECU penerima dan dilihat menggunakan perangkat lunak open-source CANHacker dan Tera Term. 1.5. Manfaat Penelitian Manfaat yang akan diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk peneliti
9 a. Memahami konsep dalam mendesain sistem elektronis komunikasi berbasis CAN pada mobil listrik. b. Mampu membuat hardware dan mensimulasikan proses komunikasi berbasis CAN pada mobil listrik. 2. Untuk pembaca dokumentasi a. Memberikan wawasan mengenai sistem komunikasi berbasis CAN yang digunakan pada mobil listrik. b. Sebagai langkah awal dalam melakukan penelitian lebih lanjut mengenai sistem komunikasi berbasis CAN dan implementasinya pada mobil listrik sesungguhnya. 1.6. Sistematika Penulisan Naskah tugas akhir ini terdiri dari enam bab. Bab pertama adalah pendahuluan. Bab ini menjelaskan mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan naskah skripsi ini. Bab kedua adalah dasar teori. Bab ini menjelaskan mengenai teori yang digunakan penulis dalam merancang sistem elektronis. Dasar teori ini terkhusus menjelaskan mengenai mobil listrik, controller area network (CAN), electronic control unit (ECU), pengendali CAN dan transceiver CAN. Bab ketiga adalah metode penelitian. Bab ini menjelaskan mengenai metode dan tahapan yang dilakukan penulis dalam membuat rancangan sistem elektronis. Bab ini juga menjelaskan mengenai analisis kebutuhan sistem dan perancangan sistem elektronis.
10 Bab keempat adalah pengujian sistem elektronis dan pembahasan. Bab ini menjelaskan mengenai pengujian yang dilakukan terhadap sistem elektronis yang dihasilkan dari perancangan dan melakukan pembahasan terhadap hasil pengujian tersebut. Bab kelima adalah kesimpulan dan saran. Bab ini berisi kesimpulan dari hasil perancangan, hasil pengujian dan pembahasan. Selain itu bab ini berisi saran-saran terkait perancangan yang telah dilakukan oleh penulis.