CVT

5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Teori Penunjang
2.1.1 Continuously Variable Transmissions ( CVT )
Continuously Variable Transmissions ( CVT ) merupakan sistem transmisi
yang sangat sederhana dibandingkan sistem transmisi lainnya. Penampilan yang baik
serta unggul dalam penggunaan, karena CVT sama sekali tidak mempergunakan roda
gigi sebagai sistem penggerak sehingga saat bergerak dan berhenti jauh lebih lembut.
Selain itu tidak adanya kehilangan tenaga saat pemindahan gigi, dan mempunyai
akselerasi sangat cepat. Dibanding dengan perseneling otomatis manapun sistem ini
tetap unggul. Perseneling otomatis memiliki keterlambatan saat perpindahan
kecepatan, walaupun tidak kehilangan tenaga pendorong bagi mobil.
Secara teknis sistem CVT sangat sederhana, yakni perseneling dilengkapi
dengan 2 puli yang berbentuk kerucut dan sabuk baja steel belt. Salah satu puli ini
mempunyai lubang dan yang lainnya berbentuk kerucut. Ini berguna untuk merubah
diameter puli yang berkaitan dengan sabuk baja. Diameter tersebut berubah bila puli
yang berbentuk kerucut masuk atau keluar dari puli yang berlubang. Bila puli masuk
maka diameter gabungan kedua puli menjadi besar dan sebaliknya. Sabuk baja yang
ada pada puli akan terdorong keatas atau kebawah sesuai dengan perubahan diameter
puli dan tetap mencengkeram kuat di puli. Perubahan diameter di puli menghasilkan
perubahan tenaga secara terus menerus, tanpa terjadi kehilangan tenaga saat
perubahan, baik itu dari kecepatan rendah ke kecepatan tinggi, maupun sebaliknya,
dan ini yang sangat diharapkan pemakai mobil.
Untuk mengubah diameter, dalam arti mengubah torsi mesin yang akan
disalurkan ke roda, dilakukan secara elektronis. Kecepatan rendah dan tenaga besar,
seperti halnya gigi satu pada sistem manual, diperoleh dengan memperkecil diameter
puli yang dihubungkan dengan sistem kopling, serta memperbesar diameter puli yang
berhubungan dengan diferensial (gardan). Semakin cepat mobil bergerak, semakin
besar pula diameter puli yang dihubungkan dengan sistem kopling, dan semakin
kecil diameter puli lawan. Untuk setiap pergerakan sabuk baja yang dirancang
6
khusus, diameter tersebut terus menerus menggigit pada puli-puli ini dan praktis
hampir tidak ada slip yang menyebabkan hilangnya tenaga. Sabuk yang terbuat dari
baja disamping kuat, tidak menyebabkan slip, juga tahan lama, sehingga cocok untuk
dipergunakan. Selain itu praktis tanpa perawatan. Keuntungan lain karena sedikit
bagian yang bergerak, maka praktis mengurangi energi yang terbuang dan
mengurangi suara diperseneling.
Low
Medium
Overdrive
Gambar 2.1 Mekanisme konstruksi umum CVT.
Efisiensi torsi yang dihasilkan mesin didukung pula oleh pemakaian kopling
khusus yang mempergunakan sabuk elektromagnetis serta dikendalikan dan dipantau
oleh mikrocomputer. Sehingga dengan torsi yang kecil dapat menghasilkan traksi
yang besar. Sama seperti perseneling otomatis, tetapi sistem ini dilengkapi tingkat
kecepatan khusus untuk keperluan akselerasi yang lebih besar, serta pengereman
dengan mesin yang lebih baik.
Pengendalian CVT jauh lebih mudah dari perseneling otomatis. Dengan
menggeser puli kekanan dan kekiri dengan sistem kontrol elektronik maka ratio
transmisi dapat diatur sesuai yang diinginkan. Disamping itu jumlah tingkat transmisi
juga dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan. Tenaga mesin sedikit sekali
terbuang akibat pemakaian CVT sehingga pemakaian bahan bakarpun akan lebih irit.
7
Secara lebih rinci salah model mekanis dari puli dan belt dengan ratio paling
tinggi untuk sistem transmisi tanpa roda gigi dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Mekanisme belt dan puli penggerak pushbelt dari CVT.
Gambar 2.3
Illustrasi pengoperasian Belt dan Sheave CVT (Fenton, 1996)
8
Untuk ratio CVT dihitung berdasarkan perbandingan
iCVT 
1 2n1 n1


2 2n2 n2
...........................................................…..........(2.1)
dimana : n1 putaran puli inputan (primer). n2 = putaran puli output (sekunder).
2.1.2. Slip Faktor
Variabel lain yang perlu diperhitungkan adalah slip faktor (λ) di definisikan (
Bonsen, 2003):
Slip :  
ro 
s
 1 .................................…………..…………………..( 2.2 )
 p ro
r2
....................................................................................................( 2.3 )
r1
Dimana :
λ = Slip faktor
ωs = kecepatan sudut dari puli sekunder.
ωp = Kecepatan sudut dari puli primer.
ro = rasio geometri
2.1.3. Torsi
Torsi yang pada CVT dapat dihitung dengan rumus :
T
T
P

…………………………………………………………...……………….. (2,4)
P
………………………………………………………………………….. (2,5)
2n
9
Dimana :
T = Torsi (Nm)
P = Daya mesin (watt)
n = Putaran (rpm)
2.1.4. Kontroller
Kontroller merupakan komponen sistem yang berfungsi mengolah sinyal
umpan balik dan referensi menjadi sinyal kontrol sedemikian rupa sehingga
performansi dari sistem yang dikendalikannya sesuai dengan spesifikasi performansi
yang diinginkan.
2.1.5. Mikrokontroler
Mikrokontroler jika diterjemahkan secara harfiah, berarti pengendali yang
berukuran mikro. Sekilas mikrokontroler hampir sama dengan mikroprosesor.
Namun mikrokontroler memiliki banyak komponen yang terintegrasi di dalamnya,
misalnya timer/counter. Sedangkan pada mikroprosesor, komponen tersebut tidak
terintegrasi.
Mikroprosesor umumnya kita jumpai pada komputer dimana tugas dari
mikroprosesor
adalah
untuk
memproses
berbagai
macam
data
input
maupun output dari berbagai sumber. Mikrokontroler lebih sesuai untuk tugas-tugas
yang lebih spesifik. Ciri khas mikrokontroler lainnya, antara lain:
1. Tertanam (atau embedded) dalam beberapa piranti (umumnya merupakan
produk
konsumen)
atau
yang
dikenal
dengan
istilah embedded
system atau embedded controller.
2.
Terdedikasi untuk satu macam aplikasi saja.
3.
Hanya membutuhkan daya yang rendah (low power), bisa bandingkan
dengan komputer yang bisa mencapai 50 watt lebih.
4.
Memiliki beberapa keluaran maupun masukan yang terdedikasi, untuk
tujuan atau fungsi-fungsi khusus.
10
2.1.6. Arduino Board
Arduino Board adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open
source yang didalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler
dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip
atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan
menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat
membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai
yang diinginkan.
Arduino dapat digunakan ‘mendeteksi’ lingkungan dengan menerima
masukan dari berbagai sensor (misal: cahaya, suhu, inframerah, ultrasonik, jarak,
tekanan, kelembaban) dan dapat ‘mengendalikan’ peralatan sekitarnya (misal: lampu,
berbagai jenis motor dan lainnya).
Gambar 2.4 Arduino Board
Kegunaan Arduino tergantung kepada kita yang membuat program. Arduino bisa
digunakan untuk mengontrol LED, bisa juga digunakan untuk mengontrol helikopter.
1. Kabel USB Arduino Board
USB Arduino Board adalah kabel USB yang disambungkan ke
komputer atau notebook. Berfungsi untuk mengirimkan program ke Arduino
dan juga sebagai port komunikasi serial.
11
2. Input / Output Digital
Input/Output
Digital
atau
digital
pin
adalah
pin-pin
untuk
menghubungkan Arduino dengan komponen atau rangkaian digital. Misalnya
kalau ingin membuat LED berkedip, LED tersebut bisa dipasang pada salah
satu pin I/O digital dan ground. Komponen lain yang menghasilkan output
digital atau menerima iput digital bisa disambungkan ke pin-pin ini.
3. Input Analog
Input Analog atau analog pin adalah pin-pin yang berfungsi untuk
menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. Misalnya dari sensor
suhu dan sensor cahaya.
4. Catu Daya
Pin-pin catu daya adalah pin yang memberikan tegangan untuk
komponen atau rangkaian yang dihubungkan dengan Arduino. Pada bagian
catu daya ini terdapat juga pin Vin dan Reset. Vin digunakan untuk
memberikan tegangan langsung kepada Arduino tanpa melalui tegangan USB
atau adaptor. Reset adalah pin untuk memberikan sinyal reset melalui tombol
atau rangkaian eksternal.
5. Baterai / Adaptor
Soket baterai atau adaptor digunakan untuk menyuplai Arduino dengan
tegangan dari baterai/adaptor 9V pada saat Arduino sedang disambungkan ke
ksomputer melalui USB, Arduino mendapatkan suplai tegangan dari USB,
jadi tidak perlu memasang baterai /adaptor saat memprogram Arduino.
2.1.7. Komputer / Notebook
Karena program yang dijalankan oleh Arduino Board tidak membutuhkan
spesifikasi suatu komputer yang tinggi maka hal ini memberi kemudahan bagi
user untuk mengoperasikannya. Program Arduino dapat berjalan dengan
prosessor paling lambat sekalipun. Inilah yang menyebabkan user diberikan
kemudahan dalam segi pemprogramnya.
12
2.1.8. Software IDE Arduino Board
Software Arduino ini diciptakan untuk para pemula bahkan yang tidak
memiliki basic bahasa pemrograman sama sekali karena menggunakan bahasa
C++ yang telah dipermudah melalui library. Arduino menggunakan Software
Processing yang digunakan untuk menulis program kedalam Arduino. Processing
sendiri merupakan penggabungan antara bahasa C++ dan Java.
Gambar 2.5 Software IDE Arduino Board
Software Arduino ini dapat di-install di berbagai operating system (OS)
seperti : LINUX, Mac OS, Windows. Software IDE Arduino terdiri dari 3 bagian
yaitu :
1. Editor program : berfungsi untuk menulis dan mengedit program dalam
bahasa processing. Listing program pada Arduino disebut sketch.
2. Compiler : adalah modul yang berfungsi untuk mengubah bahasa
processing (kode program) kedalam kode biner karena kode biner adalah
satu-satunya bahasa program yang dipahami oleh mikrokontroler.
3. Uploader : adalah modul yang berfungsi untuk memasukkan kode biner
kedalam memori mikrokontroler.
Struktur perintah pada Arduino secara garis besar terdiri dari 2 bagian
yaitu void setup dan void loop. Void setup berisi perintah yang akan dieksekusi
hanya satu kali sejak Arduino dihidupkan sedangkan void loop berisi perintah
yang akan dieksekusi berulang-ulang selama Arduino dinyalakan. Dapat dilihat
pada gambar berikut ini :
13
Gambar 2.6 Struktur Dasar Bahasa Pemrograman Arduino
2.1.9. Sensor Putaran dengan Rotary Encoder
Rotary encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor gerakan
dan posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan
serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi
sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital
oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian kendali. Rotary encoder
umumnya digunakan pada pengendalian motor drive.
Rotary encoder tersusun dari suatu piringan tipis yang memiliki lubang-lubang
pada bagian lingkaran piringan. LED ditempatkan pada salah satu sisi piringan
sehingga cahaya akan menuju ke piringan. Di sisi yang lain suatu photo-transistor
diletakkan sehingga photo-transistor ini dapat mendeteksi cahaya dari LED yang
berseberangan. Piringan tipis tadi dikopel dengan poros motor, atau divais berputar
lainnya yang ingin kita ketahui posisinya, sehingga ketika motor berputar piringan
juga akan ikut berputar. Apabila posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED
dapat mencapai photo-transistor melalui lubang-lubang yang ada, maka phototransistor akan mengalami saturasi dan akan menghasilkan suatu pulsa gelombang
14
persegi. Gambar 2.7 menunjukkan bagan skematik sederhana dari rotary encoder.
Semakin banyak deretan pulsa yang dihasilkan pada satu putaran menentukan
akurasi rotary encoder tersebut, akibatnya semakin banyak jumlah lubang yang dapat
dibuat pada piringan menentukan akurasi rotary encoder tersebut.
Gambar 2.7. Blok penyusun rotary encoder
Rangkaian penghasil pulsa (Gambar 2.7) yang digunakan umumnya memiliki
output yang berubah dari +5V menjadi 0.5V ketika cahaya diblok oleh piringan dan
ketika diteruskan ke photo-transistor. Karena divais ini umumnya bekerja dekat
dengan motor DC maka banyak noise yang timbul sehingga biasanya output akan
dimasukkan ke low-pass filter dahulu. Apabila low-pass filter digunakan, frekuensi
cut-off yang dipakai umumnya ditentukan oleh jumlah slot yang ada pada piringan
dan seberapa cepat piringan tersebut berputar, dinyatakan dengan:
fc 
S wn
60
…………………………………………….……..…… (2.6)
Dimana fc adalah frekuensi cut-off filter, sw adalah kecepatan piringan dan n
adalah jumlah slot pada piringan.
15
Gambar 2.8 Rangkaian tipikal penghasil pulsa pada rotary encoder
Gambar 2.9 Sensor Optocuopler
16
Rotary
Encoder
Optocoupler
Gambar 2.10 Konstruksi Rotary Encoder untuk sensor kecepatan
Kecepatan pada rotary encoder dapat di hitung dengan rumus :
Kecepatan = jumlah pulsa/periode sampling x 60/jumlah lubang piringan.
2.1.10. Potensiometer
Potensiometer merupakan komponen elektronika dari keluarga resistor hanya
saja nilai resistansinya tidak konstan dan dapat diubah-ubah sesuai dengan kebutuhan
(variable resistor). Jenis potensiometer yang digunakan adalah tipe sliding atau geser
yang maksimum nilai resistansinya adalah sebesar 20 KΩ (Kilo Ohm). Karena data
yang dikeluarkan dari potensiometer ini berupa data analog (berupa tegangan) maka
perlu ADC (Analog Digital Converter) supaya data bisa diolah oleh mikrokontroler.
Berikut ini adalah gambar potensiometer tipe sliding :
Gambar 2.11 Simbol potensiometer
17
Gambar 2.12 Bentuk Fisik Potensiometer Tipe Geser (Sliding)
2.1.11 Driver Motor DC
Driver motor DC merupakan media penghubung antara mikrokontroler dengan
motor DC. Driver motor ini berfungsi sebagai aktuator motor DC dan juga sebagai
pemisah supply / sumber tegangan motor DC sebesar 12 volt dengan supply /sumber
tegangan mikrokontroler sebesar 5 volt. Kerja dari driver motor ini adalah sebagai
pembalik arah putaran motor DC yang menggunakan prinsip bridge H dengan
transistor 2955 dan 3055. Berikut ini adalah gambar skema rangkaian dan bentuk
fisik dari driver motor DC.
Gambar 2.13 Rangkaian Driver Motor DC
18
Gambar 2.14 Driver Motor DC
2.1.12 Motor DC
Motor DC (direct current) merupakan perangkat yang berfungsi merubah
besaran listrik menjadi besaran mekanik. Prinsip kerja motor didasarkan pada gaya
elektromagnetik yang dibangkitkan dari sumber tegangan arus searah. Motor arus
searah digunakan dimana kontrol torsi dan kecepatan dengan rentang yang lebar
diperlukan untuk memenuhi kebutuhan aplikasi. Motor DC pada umumnya ada yang
menggunakan magnet permanen dan menggunakan magnet listrik tergantung dari
kebutuhan aplikasi yang digunakan. Arah putaran motor DC magnet permanen
ditentukan oleh arah arus yang mengalir pada kumparan jangkar. Salah satu
keistimewaan motor DC ini adalah kecepatannya dapat dikontrol dengan mudah.
Kecepatan motor magnet permanen berbanding langsung dengan harga tegangan
yang diberikan pada kumparan jangkar. Semakin besar tegangan yang diberikan pada
jangkar, semakin tinggi pula kecepatan motor.
Motor DC terdapat dalam berbagai ukuran dan kekuatan, masing- masing di
disain untuk keperluan yang berbeda-beda namun secara umum memiliki fungsi
dasar yang sama yaitu mengubah energi elektrik menjadi energi mekanik. Secara
sederhana cara kerja motor DC seperti cara kerja motor listrik pada umumnya yaitu
19
Bila arus mengalir pada kumparan, arus akan menghasilkan medan magnet sendiri
yang arahnya berubah-ubah terhadap arah medan magnet permanen / buatan
sehingga menimbulkan gaya tarik menarik atau tolak menolak yang akhirnya
menjadi putaran.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran dan variasi bentuk, salah satunya
adalah motor DC yang sudah dilengkapi dengan gearbox sehingga torsi yang
dihasilkan akan lebih besar daripada keluaran motor DC yang belum dilengkapi
gearbox. Bentuk Fisik Motor DC yang dilengkapi dengan gearbox ditunjukkan pada
gambar 2.15 berikut ini :
Gambar 2.15 Bentuk Fisik dari Motor DC yang dilengkapi dengan Gearbox
2.2. Studi Hasil Penelitian Sebelumnya
CVT adalah sistem transmisi yang menghubungkan antara mesin penggerak
dengan beban yang mana rasio kecepatannya dapat diatur. Tujuan dari pengaturan
ini umumnya untuk mendapatkan matchingperformance yang lebih baik. Aplikasi
CVT pada motor penggerak dapat menurunkan konsumsi bahan bakar yang cukup
significant sampai 25%. Dalam penelitian ini peneliti merancang kontroler CVT,
yang mana plant yang dikendalikan ini diasumsikan sebagai variable transmisi pada
kendaraan.Dengan asumsi tersebut dapat diharapkan bahwa hasil penelitian ini
nantinya dapat diupayakan untuk diimplementasikan pada transimisi dengan tujuan
dapat memperbaiki performance.
20
Widjokongko (2009) Pada penelitian ini dirancang sistem CVT menggunakan
sistem loop tertutup dengan menggunakan mode elektrik secara proporsional untuk
mengendalikan actuator Fork Screw Push Belt, dengan bantuan perhitungan ideal
dari CVT menggunakan software MATLAB dan pengujian menggunakan software
DELPHI. Analisa yang diharapkan antara analisa ideal dengan aktual ditunjukan
dengan effisensi sistem kendali yang dicapai. Hasil CVT dengan 2 pengerak mampu
menghasilkan meningkatkan effisien ratio CVT menjadi 53.056 % sehingga mampu
mengurangi faktor slip, sedangkan waktu steady state kurang dari 18.07 detik yang
mampu mengurangi error menjadi 8.8 rad/s ~ 3.22 %.
Herlambang (2010) Pada penelitian ini menggunakan sensor Strain Gauge
sebagai sensor gaya untuk meningkatkan kinerja sistem CVT . Strain gauge yang
dipasang untuk sensor gaya pada push belt fork screw sistem CVT yang telah
bekerja dan mewakili nilai Clamping force yang terjadi pada fork screw. Hasilnya
ditunjukan berupa voltase Output akibat gaya pencekaman pada Sensor gaya push
belt fork screw antara pulley primer dan sekunder. Dengan penggunaan sensor Strain
Gauge sistem CVT mengalami perbaikan hingga 52.9% dan kinerja sistem transmisi
dapat menjadi lebih baik, yang ditunjukkan pada kondisi tertentu nilai slip putaran
yang yang terjadi yaitu 0.044 dan Error Torsi yang terjadi dapat berkurang hingga
18.5 %.
Hartawan
(2011)
mengimplementasikan
sistem
kendali
loop
tertutup
menggunakan kontrol rotasi putaran per menit (RPM) sebagai inputan dalam
mengatur kinerja motor DC 12 volt
untuk merubah rasio secara otomatis.
Implementasi Rancangan Sistem Kontrol RPM pada prototipe ECVT bekerja dengan
baik, sehingga didapatkan hasil perubahan rasio ECVT secara otomatis sesuai
dengan rpm pada mesin. Hasil perbandingan antara antara simulasi LabVIEW
dengan Impementasi pada prototipe ECVT diperoleh kinerja ECVT meliputi : Pada
rasio 0,680 pada ECVT diperoleh slip sebesar 55,56% dan efisiensi rasio sebesar
44,44%, Efisiensi torsi pada ECVT sebesar 64,69%
21
Pada penelitian ini ada beberapa pembaharuan komponen, terutama di bidang
kontroler. Dimana sekarang memakai Arduino Uno Board dengan mikrokontroler
Atmega328, yang tentunya lebih kecil dimensinya, mudah mengoperasikannya dan
tanpa perlu memakai downloader, tetapi tidak mengurangi fungsi dan efesiensinya.
Untuk menampilkan kinerja dari ECVT menggunakan Grafik LCD 128x64 pixel,
sehingga kinerja ECVT berupa data digital dan grafik bisa langsung diketahui tanpa
harus dihubungkan dengan komputer. Motor penggerak ECVT yang digunakan
adalah motor DC 24 Volt tipe MY-1016 untuk menghasilkan putaran konstan agar
diperoleh pergerakkan fork srew yang stabil.