LAPORAN TUGAS SISTEM DINAMIS PEMODELAN DAN ANALISIS SISTEM GERAK ELEKTROMEKANIS PADA REM MOBIL DILENGKAPI DENGAN ANTI LOCK BRAKE SYSTEM (ABS)
Oleh : Aulia Rizqiaputri Viriani
(2114 100 121)
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
A. Rem Mobil
Rem dirancang untuk mengurangi kecepatan (memperlambat) dan menghentikan kendaraan. Peralatan ini sangat penting pada kendaraan dan berfungsi sebagai alat keselamatan dan menjamin pengendaraan yang aman. Mesin mobil mengubah energi panas menjadi energi kinetik (eneri gerak) untuk menggerakkan kendaraan. Sebaliknya, rem mengubah energi kinetik kembali menjadi energi panas untuk menghentikan kendaraan. Umumnya, rem bekerja disebabkan oleh adanya sistem gabungan penekanan melawan sistem gerak putar. Efek pengereman (braking effect) diperoleh dari adanya gesekan yang ditimbulkan antara dua objek.
B. Cara Kerja Rem Mobil dengan Anti Lock Brake System
Yang akan dibahas pada pada laporan ini merupakan sistem rem pedal dengan memanfaatkan prinsip hidraulis. Secara sederhana sistem hidraulis adalah mekanisme yang memanfaatkan tekanan zat cair atau fluida sebagai media penggerak, dalam hal ini zat cair yang digunakan adalah minyak rem. Dengan memanfaatkan kevakuman dari mesin, ketika pedal rem ditekan maka gerakan menekan dari pedal akan menekan hydraulic pada master cylinder. Master silinder inilah yang berfungsi meneruskan tekanan dari pedal kemudian membaginya ke seluruh rem pada empat roda mobil. Kemudian tekanan yang terjadi diteruskan dengan media pipa besi kecil dan selang karet. Pipa rem menyalurkan tekanan hidraulis dari keluar master silinder hingga menuju pada wheel cylinder. Tekanan yang teruskan kemudian akan menimbulkan suatu gerakan translasi dimana gerakan tersebut menyebabkan timbulnya perlawanan gaya putar pada roda mobil. Sistem rem anti terkunci atau anti-lock braking sistem (ABS) merupakan sistem pengereman pada mobil agar tidak terjadi penguncian roda ketika terjadi pengereman mendadak/keras. ABS bekerja apabila pada mobil terjadi pengereman keras sehingga salah sebagian atau semua roda berhenti sementara mobil masih melaju, membuat kendaraan tidak terkendali sama sekali. Ketika sensornya mendeteksi ada roda mengunci, ia akan memerintahkan piston rem untuk melepaskan tekanan kembali ke titik normal , lalu mengeraskannya kembali begitu roda berputar. Dengan adanya pengurangan tekanan pada saat sensor mendeteksi adanya roda mengunci, maka akan menyebabkan terjadinya
pengurangan gerakan translasi oleh rem, karena tekanan yang dihasilkan tidak penuh meskipun dilakukan penginjakan rem penuh.
C. Tujuan
Tujuan dari tugas ini adalah untuk mengetahui simulasi sistem pada rem mobil dengan Anti Lock Brake System mengenai pengaruh gaya yang diberikan pada pedal rem terhadap gaya translasi yang dihasilkan untuk pengereman. D. Asumsi
Asumsi yang digunakan dalam permasalahan ini adalah 1. Besarnya > 2 2. Simulasi yang dilakukan hanya pada pedal sampai dengan wheel cylinder. 3. Inputan berupa gaya yang diberikan pada pedal rem berbentuk step function dan inputan elektis yang berbentuk sinusoidal function. E. Model Fisik Sistem Rem Mobil
Gambar 1. Model Fisik Rem Mobil
F.
Model Dinamis Sistem Rem Mobil
Gambar 2. Model dinamis sistem rem mobil
Gambar 3. Model dinamis sistem pedal rem mobil
Gambar 4. Sistem gerakan disc pada rem mobil
Gambar 5. Sistem dinamis komponen electrical rem mobil dengan ABS
G. Model Matematis Sistem Rem Mobil
Free Body Diagram Pedal Brake
LA
K 1(x1-LF Aθ) A
LB
o
30
FB
θ
Gambar 6. Free Body Diagram Pedal Brake Asumsi : J = 0, θ sangat kecil
Persamaan Gerak Sistem : ∑M=0 (K 1(x1-LAθ)) LA cos(30-θ) - FB LB cos(30-θ) = 0 (K 1(x1-LAθ)) LA - FB LB = 0 K 1LA x1- K 1LA2θ - FB LB = 0
State Variabel
=
1 2
[ − ]
Free Body Diagram Master Cylinder x1 M1ẍ1 B1(ẋ1- ẋ2) K 1(x1-LAθ) K 1x1
Gambar 7. Free Body Diagram Master Cylinder
Persamaan Gerak Sistem : ∑F=0 M1ẍ1 + B1(ẋ1-ẋ2) - K 1(x1-LAθ) = 0 M1ẍ1 + B1ẋ1 - K 1x1 - B1ẋ2 + K 1LAθ = 0
State Variabel ẋ1 = v1
1 [− ̇ + + ̇2 − LA θ] ̇ =
Free Body Diagram Wheel Cylinder
Terlebih dahulu digambarkan hubungan Hidrolis antara FA dengan FC
FC
FA
AC
P A = PC
=
=
Asumsi AC = AA
AA
x2
K 2x2
B1(ẋ1-ẋ2)
M2ẍ2
Gambar 8. Free Body Diagram Wheel Cylinder
Persamaan Gerak Sistem : ∑F=0 M2ẍ2 - B1(ẋ1-ẋ2) + K 2x2 = -f e M2ẍ2 + B1ẋ2 + K 2x2 - B1ẋ1 = - f e
Dimana
= αi = . .
State Variabel ẋ2 = v2
2̇ =
1 2
[− 2̇ − 22 + ̇ − ]
Sirkuit Elektromekanis Anti Lock Brake System
Gambar 9. Sirkuit Elektromekanis Anti Lock Brake System Persamaan : + . + = () Dimana
= 2
State Variabel 1 = [ () − 2 − . ]
H. Block Diagram Dari free body diagram yang telah dijabarkan di atas, maka dapat dibuat blok diagram sebagai berikut :
Gambar 10. Skema blok diagram
I.
Parameter Simulasi No 1 2 3 4 5 6
Nilai 0.01 mH 2 ohm 0.5 180 kg 50 kg 150 N/m
8
Parameter Induktansi (L) Resistor (R) Alfa (α) Massa Master Cylinder (M1) Massa Wheel Cylinder (M2) Koefisien pegas Master Cylinder (K1) Koefisien pegas Wheel Cylinder (K2) Koefisien damping fluida (B1)
9
Panjang LA
2 N/m
7
100 N/m 2 Ns/m
Tabel 1. Parameter Simulasi
J.
Analisa Grafik dan Pembahasan
Pada simulasi sistem rem mobil ini, terdapat dua inputan yang diberikan, yakni torsi input yang diberikan pada saat menginjak pedal sebesar FB.LB dan input yang diberikan dari adanya sistem ABS yakni perubahan dari sistem elektrik berupa voltase (ei(t)) menjadi suatu gaya mekanik sebesar fe. Diasumsikan bahwa torsi inputan berupa konstan dan voltase inputan berupa step function. Dalam simulasi ini digunakan variasi torsi input (FB.LB) sebesar 10 Nm dan 30 Nm. Torsi inputan (FB.LB) dari pedal ini akan mempengaruhi besarnya perpindahan, baik secara rotasi ataupun translasi yang terjadi pada Pedal rem, Master Cylinder dan Wheel Cylinder . Di sisi lain, juga terdapat voltase input elektris yang dapat mempengaruhi pergerakan dari Wheel Cylinder .
Gambar 11. Grafik Perpindahan (m) terhadap wak tu (s) yang terjadi pada Master Cylinder dengan menggunakan variasi torsi input.
Gambar 12. Grafik Perpindahan (m) terhadap wak tu (s) yang terjadi pada Wheel Cylinder dengan menggunakan variasi torsi input.
Grafik pada gambar 11 menunjukkan variasi perpindahan yang terjadi pada Master Cylinder yang diakibatkan karena adanya variasi torsi inputan yang diberikan. Dimana garis berwarna biru menunjukkan perpindahan Master Cylinder terhadap waktu dengan diberikannya torsi input sebesar 10 Nm dan garis berwarna merah menunjukkan perpindahan Master Cylinder terhadap waktu dengan diberikannya torsi input sebesar 30 Nm. Sedangkan gambar grafik 12 menunjukkan variasi perpindahan yang terjadi pada Wheel Cylinder yang diakibatkan karena adanya variasi torsi inputan yang diberikan. Dimana garis berwarna biru menunjukkan perpindahan Wheel Cylinder terhadap waktu dengan diberikannya torsi input sebesar 10 Nm dan garis berwarna merah menunjukkan perpindahan Wheel Cylinder terhadap waktu dengan diberikannya torsi input sebesar 30 Nm. Perbedaan bentuk grafik perpindahan terhadap waktu yang dihasilkan pada Master Cylinder dan Wheel Cylinder diakibatkan karena adanya gaya fe yang diberikan pada Wheel Cylinder sebagai hasil adanya inputan voltase yang berupa step function. Pada kedua grafik diatas, dapat dilihat bahwa dengan diberikannya torsi inputan yang lebih besar, maka perpindahan yang dihasilkan lebih besar, baik pada Master
Cylinder dan Wheel Cylinder. Torsi inputan itu sendiri merupakan hasil perkalian dari gaya FB dan panjang (LB), dimana panjang LB merupakan suatu konstanta tertentu. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar gaya yang diberikan pada saat pengendara menginjak pedal rem, maka akan semakin besar perpindahan yang terjadi pada Wheel Cylinder dan menyebabkan pengereman yang dilakukan semakin besar. Akan tetapi, pada grafik 12, ditunjukkan bahwa Wheel Cylinder bergerak maju mundur, hal ini diakibatkan karena adanya gaya fe yang terjadi karena adanya inputan voltase. Wheel Cylinder dapat memiliki perpindahan negatif, atau menunjukkan grafik turun dimana silinder tersebut berarti mengalami pergerakan mundur, sehingga pengereman yang terjadi berkurang. Hal ini dapat diakibatkan karena adanya perpindahan hasil gaya fe yang lebih besar dari perpindahan hasil pijakan pedal (gaya input FB). Pergerakan mundur dari Wheel Cylinder ini dibutuhkan pada saat ban mobil mengalami penguncian.