Analisa Respon Antilock Braking System(ABS) dan Energi yang Dibutuhkan Selama Proses Pengereman pada Jalan Menurun
Mochamad Edoward R. 1 , Harus Laksana Guntur 2
1 Staf Pendidik, Jurusan Teknik Mesin-UNEJ
2 Lab.Sistem Dinamis dan Vibrasi, Jurusan Teknik Mesin-ITS
Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)-Surabaya
1 Jl. Kalimantan 37 Jember 68121
2 Jl. Arif Rahman Hakim, Kampus ITS Keputih, Sukolilo-Surabaya (60111) Jawa Timur, Indonesia Phone: +62-85649872972, E-mail: edowarditsdesain@gmail.com

## ABSTRAK
The process of braking on downhill roads require greater energy due to the influence of gravity work by vehicle due  to  the  tilt  angle  .  This  paper  reports  the  results  of  modeling  and  simulation  responses  ABS  and  energy required during braking on a straight - path trajectory decreases. Vehicles with ABS modeled mathematically to obtain  the  dynamic  equations  of  the  system.  With  the  Laplace  transform  transfer  function  obtained  from  the vehicle  with  ABS.  And  with  the  help  of  MATLAB  SIMULINK  software  obtained  response  vehicle  speed,  wheel speed,  wheel  slip,  braking  distance,  and  the  energy  required  during  the  braking  process.  In  this  study  used  the roadway with a variation of the angle θ decreases of 10 0 ,  20 0 ,  30 0 .  Assuming the  initial  speed  of  the  vehicle  at 40kph , it can be concluded that the simulation results show stopping distance was 31.08m, 32.96m, 34.77m with a  stop  time  for  5.169s,  5.325s,  5.464s  sequentially  in  order  of  angular  variation.  While  the  maximum  power required during the braking process is 1.88kW, 3.71kW, 5.44kW. The results of calculation of the energy required during the braking process can be used as a reference in planning a regenerative braking system, the utilization of the energy wasted during braking, especially on the downhill road conditions.
Keywords: Energi  Pengereman,  Regenerative  Braking  System  (RBS),  Antilock  Braking  System  (ABS),  Pemodelan, Simulasi.

## PENDAHULUAN
Antilock  braking  sistem  (ABS)  merupakan sebuah  sistem  pengereman  yang  menghentikan  kendaraan dengan  mempertahankan  keadaan  roda  tidak  terkunci sehingga kendaraan tetap dapat dikendalikan dengan mudah. Sistem  ini  bekerja  pada  sebagian  besar  jenis  permukaan jalan  dan  mengurangi  resiko  kecelakaan.  Beberapa penelitian  telah  menunjukkan,  bahwa  sistem  rem  anti penguncian  dapat  menurunkan  kemungkinan  kecelakaan kendaraan sebesar 18%.
Saat  ini  pengembangan  dari  sistem  rem  ABS sudah  berada  pada  pengaturan  berupa  sinyal  dari  sensor kecepatan  angular  roda  yang  diteruskan  ke  modul  yang digunakan  untuk  mengatur  kecepatan  pompa  menggerakan katup-katup  yang  bekerja  memotong  tekanan  konstan  dari master  silinder  ke  master  kaliper.    Berikut  ini  ulasan beberapa penelitan terdahulu di mulai dari penelitian tentang simulasi tekanan pada ABS hidrolis dengan membandingkan  pengereman  normal, on  off dan  metode step [2]. Kemudian penelitian dengan pemodelan pengereman  ABS  berdasarkan  sebuah  kondisi  permukaan kontak  antara  roda  ban  dan  jalan  dengan  memprediksi permukaan kontak terlebih dahulu[1]. Pemodelan perumusan  linier  slip  kontrol  pada  kendaraan  yang menggunakan  ABS  dengan  pengaruh  gerak  suspensi, pemodelan  seperempat  kendaraan  dengan  obyek  kajian kecepatan kendaraan, torsi pengereman, slip roda dan jarak pengereman  [3].  Membuat  modeling  dan  simulasi  sistem
pengereman  dengan  dasar  konfersi  energi  kinetik  dengan menentukan parameter kondisi kecepatan dan mengahasilkan  jarak  pengereman  [7].  pemodelannya mempelajari distribusi pengereman pada kendaraan elektrik dengan  obyek  kajian  torsi  pengereman  dan  tenaga pengereman[6].
melakukan  penelitan  tentang  pengujian  pengereman  ABS pada  5  jenis  mobil  opel  dengan  obyek  kajian  berupa kecepatan kendaraan, jarak pengereman, waktu pengereman dan perlambatan kendaraan[8].
Paper  ini  melaporkan  hasil  pemodelan  dan simulasi  respon  ABS  dan  energi  yang  dibutuhkan  selama proses  pengereman  pada  lintasan  jalan  lurus-menurun dengan  sudut  turunan , , dengan  asumsi kecepatan awal kendaraan 40 km/jam dan    kondisi lintasan jalan beraspal kering  berupa  kecepatan  angular  kendaraan, kecepatan  roda,  slip  roda,  jarak  pengereman,  torsi pengereman, daya pengereman dan energi dari pengereman kendaraan  dengan  asumsi  kecepatan  mula  sebesar  40 km/jam,  massa  kendaraan  1800kg,  diameter  roda  sebesar 0.295m    melalui  lintasan  jalan  menurun  dengan  variasi sudut 10 0 , 20 0 , 30 0 .

## METODOLOGI PEMODELAN
Langkah  dari  pemodelan  simulasi  yang  pertama ialah  memodelkan  matematis  dari  pengereman  kendaraan, kemudian  mencari  model  variabel  keadaan  dan  membuat blok  diagram  simulasi  di  MATLAB  SIMULINK  dengan memasukan parameter-parameter yang dibutuhkan sehingga didapatkan respon dari kendaraan berupa kecepatan angular kendaraan,  kecepatan  roda,  slip  roda,  jarak  pengereman, torsi  pengereman,  daya  dan  energi  pengereman  terhadap waktu pengereman.

## PEMODELAN DINAMIKA ABS PADA JALAN MENURUN
Untuk  mencari  respon  maka  dibutuhkan  beberapa  langkah dari  pemodelan  dinamika  ABS  berupa  memodelkan matematik  dari  pengereman  kendaraan,  membuat  model variabel  keadaan  dan  kemudian  membuat  blok  diagram simulasi.  Setelah  blok  diagram  selesai,  langkah  terakhir ialah  memasukan  beberapa  parameter  yang  berhubungan dengan kerja rem ABS.
Apabila sebuah kendaraan melaju dengan sebuah kecepatan konstan  kemudian  melalui  lintasan  menurun    sepanjang  s (m) maka kendaraan akan mengalami percepatan sebesar :
a = sin θ x g
.......................................................(1)
sehingga    Va = V 0 + sin θ x g x t.
......................(2)
Jika kendaraan melalui jalan menurun dengan pemvariasian sudut  θ  sebesar  10 0 ,  20 0 ,  30 0 maka  percepatan  tergantung dengan  nilai  sin  θ.  Dalam  perancangan  ABS  jarak pemberhentian  sangatlah  penting  untuk  menentukan seberapa besar kemampuan pengereman bekerja.
θ Kece patan Ang ular Kend araan w = m x g Flateral = w x Cos θ Fu = w x s in θ Fs = μs x F u Fb rak e = Pc al/ A cal Ma ssa Ke nd ara an
Gambar 2. Skema pengereman lintasan meurun
Nilai slip (λ) = 0 , ketika kecepatan roda (ω)    sama dengan kecepatan  angular  kendaraan  (v),  dan  nilai  slip  1  ketika kecepatan  roda  (ω)  =  0,  artinya  roda  dalam  keadaan mengunci.  Simulasi  dilakukan  pada  persen  slip  (λ)  =  0,2 sehingga diharapkan slip sekecil- kecilnya tetapi tetap pada koefisien  gesek    longitudinal  dan  koefisien  gesek  lateral yang  cukup  besar  sesuai  dengan  grafik  pengaruh  skid terhadap koefisien adhesi.
λ = (v-ω )/v = 1 - ω/v ..............................................(4)
Torsi pengereman berfungsi untuk mengendalikan kendaraan dan  untuk  mengurangi  kecepatan berupa sebuah hambatan  untuk  melawan  torsi  traktif  dari  energi  kinetik kendaraan yang dirumuskan sebagai berikut:
..........................(5)
Torsi  Roda  adalah  torsi  traktif  yang  dihasilkan  dari  energi kinetik kendaraan yaitu:
τt = Fx sin θ . r_w    ...............................................(6)
Gaya gesek roda ( Fs ) : Fs = F_u . μ(λ)  ..............(7) Gaya kendaraan    ( Fu ) : Fu = m . g . sin θ ...........(8)
Usaha pengereman adalah besarnya gaya yang diberikan untuk memberhentikan kendaraan. Persumusan daya dan usaha dirumuskan sebagai berikut:
P = Torsi brake x ω roda (Watt)      ..........................(9)
W = (Joule)                        ..........................(10)

## MODEL VARIABEL KEADAAN
Persaman dari kecepatan angular sesuai diagram gaya (gambar 3) dapat dituliskan sebagai berikut :
I   + = 0
I =
=
=
.........................(11)
Sedangkan untuk diagram gaya (gambar 4) Persamaan fungsi keadaan dari katup ABS dapat dirumuskan sebagai berikut:
+ + k x = F piston kaliper + Q + k = F piston kaliper s Q (s) + Q(s) = F piston kaliper F_ps =    P_ps . A_ps            = 8MPa . 0,25 . π . d_ps 2 F_ps =    15700 N s Q(s) + Q(s) = 15700N = .......................................(12)
V ke nd ara an θ Tt Iὠ Tb Ma ssa K en da raa n
Gambar 3. FBD pengereman kendaraan
(a) (b) (c) (d)
Gambar 4. FBD pengereman ABS (a) pedal rem, boster dan master silinder (b) katup hidrolis (c) gaya tekan di kaliper (d) gerak pad kaliper terhadap disc
Gambar 5. Blok diagram simulink
Gambar 6. Subblok diagram
Tabel 1. Data SIMULINK MATLAB
Parameter yang digunakan dalam simulasi a 10; 20;30; g 9.81m/s 2 V0 11.111111m/s Rr 0.295m Kf 302.099N.m m 1800kg PBmax 8 MPa Tb 0.2 I 32.01Kg.m2

## BLOK DIAGRAM SIMULASI
Blok  diagram  SIMULINK    (gambar  5  dan  6) dibuat  dari  beberapa  pesamaan  model  variabel  keadaan untuk  hubungan  dari  percepatan,  kecepatan  dan  jarak  (pers 11),  sedangkan  untuk  persamaan  fungsi  trasnfer  digunakan untuk  mewakili  kerja  dari  katup  hidrolis  (pers  12).  Inputan kontrol  memiliki  nilai  1  yang  berarti  bahwa  adanya  gerak kontrol dari bang-bang yang mengatur kerja katup.
Untuk kecepatan kendaraan baik linier maupun angular diberi kondisi awal 40 km/jam dan jika kendaraan melalui jalan menurun dengan pemvariasian sudut θ sebesar 10 0 , 20 0 , 30 0 maka percepatan tergantung dengan nilai sin θ (pers 2).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Kecepatan Angular Roda dan Kecepatan Angular Kendaraan
Kecepatan  angular  roda  kendaraan  tanpa  adanya lintasan  menurun  mengahasilkan  70.4  rad/s  (tabel  2). Ketika  mengalami  jalan  menurun  dengan  asumsi  sudut lintasan  10 0 ,  20 0 ,  30 0 kecepatan  angular  roda  mengalami kenaikan  sebesar  41.46rad/sec,  80.4rad/sec,  117.6rad/sec (gambar 7).
Kecepatan  angular  kendaraan  ialah  besarnya kecepatan  linier  dibagi  dengan  diameter  luar  roda. Kecepatan  angular  kendaraan  bermula  di  37.66rad/sec (tabel 3) karena dilakukan pengereman di lintasan menurun 0 0 mengalami  kenaikan  sebesar  0.96rad/sec,  pada  saat 0.0681s.  Sudut  turunan  10 0 mengalami  kenaikan  sebesar 2.19rad/s  di  saat  0.088s.  Sudut  turunan  20 0 mengalami kenaikan sebesar 3.4 rad/s di saat 0.078s dan untuk lintasan 30 0 mengalami  kenaikan  sebesar  4.54rad/s  di  saat  0.088s (gambar 7).

## Angka slip Roda
Angka  slip  roda  kendaraan  adalah  perbandingan  dari kecepatan angular roda dengan kecepatan linier kendaraan (pers 4). Nilai  slip  dengan  sudut  lintasan  menurun  10 0 ,  20 0 ,  30 0 memiliki kesamaan  yaitu  0.27  selama  3.8651s.  Waktu  akhir  pengereman untuk  lintasan  menurun  20 0 ,  30 0 berakhir  dengan  angka  slip sedangkan untuk jalan menurun    10 0 berakhir di angka slip 0.553 (tabel  4)  yang  berarti  kondisi  kontak  antara  roda  dan  jalan  masih bagus (gambar 9).
-1 0 1 2
3 4 5 6 0 50 100 150 200 W w ( ra d /s e c )
sudut lintasan menurun 0 derajat sudut lintasan menurun 10 derajat sudut lintasan menurun 20 derajat sudut lintasan menurun 30 derajat
-1 0 1 2 3 4 5 6 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 V s p e e d ( ra d /s ) Waktu Pengereman (s) sudut lintasan menurun 0 derajat sudut lintasan menurun 10 derajat sudut lintasan menurun 20 derajat sudut lintasan menurun 30 derajat
Gambar 7. Grafik kecepatan angular roda dan angular kendaraan

## Torsi Pengereman dan Jarak Pemberhentian
Torsi Pengereman dari nilai maximum mengalami fluktuatif yang dikarenakan gerak maju mundur dari katup pengatur tekanan ABS (gambar  9). Pertambahan besar  sudut  turunan  berefek  pada  respon  dari  torsi maksimum sebesar 0.014s, 0.027s, 0.014s. Torsi pengereman  maksimum  juga  mengalami  kenaikan  sebesar 7N.m,  14N.m,  20N.m  (tabel  5).  Akan  tetapi  dengan bertambahnya  sudut  pemvariasian  10 0 torsi  pengereman pada  saat  berhenti  mengalami  penurunan  yaitu  sebesar 237N.m,  untuk  sudut  menurun  20 0 mengalami  kenaikan 10N.m, dan untuk sudut menurun 30 0 mengalami penurunan sebesar  256N.m  (gambar  9)  hal  ini  disebabkan  pada  waktu kendaraan  berhenti  posisi  piston  di  kaliper  tidak  selalu berada di titik mati atas atau di titik mati bawah. Di  lintasan  datar  jarak  pemberhentiaan  kendaraan  setiap detik  dengan  kecepatan  awal  40  km/jam  sejauh  5.82m, untuk lintasan menurun bersudut 10 0, 20 0 , 30 0 sejauh 6.03m, 6.18m, 6.363m (tabel 6).
0 1 2 3 4 5 -1 -0.5 0 0.5 1 N il a i S li p R o d a Waktu pengereman (s) sudut lintasan menurun 0 derajat sudut lintasan menurun 10 derajat sudut lintasan menurun 20 derajat sudut lintasan menurun 30 derajat Gambar 8. Grafik angka slip roda
0 1 2 3 4 5 6 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 T o r q u e b r a k e ( N . m ) Waktu Pengereman (s) sudut lintasan menurun 0 derajat sudut lintasan menurun 10 derajat sudut lintasan menurun 20 derajat sudut lintasan menurun 30 derajat 0 1 2 3 4 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 J a ra k p e m b e rh e n ti a n ( m ) waktu pengereman sudut lintasan menurun 0 derajat sudut lintasan menurun 10 derajat sudut lintasan menurun 20 derajat sudut lintasan menurun 30 derajat
Gambar 9. Grafik torsi dan jarak pengereman
Hasil  pemodelan  memiliki  selisih  dari  rata-rata  jarak pengereman  dari  penelitian  terdahulu  sebesar  1.1375m. Jarak  pemberhentian  dari  penelitian  sebelumnya  dengan kecepatan kendaraan 40km/jam (11.11m/s) (tabel 7).

## Daya dan Energi Pengereman
Daya  pengereman  maksimum  untuk  lintasan  menurun bersudut  10 0 ,  20 0 ,  30 0 mengalami  kenaikan  sebesar  1.88 kW,  3.71kW,  5.44  kW  (tabel  8).  Dengan  pemvariasian sudut  lintasan  di  jalan  menurun  ternyata  sangat mempengaruhi  energi  pengereman  (gambar  13),  hasil simulasi energi pengereman maksimum sesuai pemvariasian  sudut  lintasan  menurun  10 0 ,  20 0 ,  30 0 mengalami  kenaikan  sebesar  6.56kJ,  13.06kJ,  19.46kJ (tabel  9).  Sedangkan  jumlah  energi  adalah  luasan  dari grafik  yang  dibentuk  selama  proses  pengereman  yaitu sebesar 24.493kJ, 49.999kJ, 75.007kJ .
0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 x 10 4 D a y a p e n g e re m a n ( w a tt ) Waktu pengereman (s) sudut lintasan menurun 0 derajat sudut lintasan menurun 10 derajat sudut lintasan menurun 20 derajat sudut lintasan menurun 30 derajat 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 2 4 6 8 10 x 10 4 E n e rg i p e n g e re m a n ( J o u le ) Waktu pengereman (s) sudut lintasan menurun 0 derajat sudut lintasan menurun 10 derajat sudut lintasan menurun 20 derajat sudut lintasan menurun 30 derajat
Gambar 13. Grafik daya dan energi pengereman
Tabel 2. Kecepatan angular roda
No  Sudut lintasan(derajat) Kecepatan Angular Roda(Rad/s) waktu 1 0 70.4 0 2 0 0 5.014 3 10 112 0 4 10 0 5.169 5 20 150.8 0 6 20 0 5.325 7 30 188 0 8 30 0 5.464 Tabel 3. Kecepatan angular kendaraan No  Sudut lintasan(derajat) Kecepatan Angular Kendaraan (Rad/s) waktu 1 0 37.66 0 2 0 38.62(max) 0.0681 3 10 37.66 0 4 10 39.85(max) 0.088 5 20 37.66 0 6 20 41.06(max) 0.078 7 30 37.66 0 8 30 42.2(max) 0.088
Tabel 4 . Angka slip roda No Sudut lintasan(derajat) AngkaSlip Roda Waktu kesetabilan 1 0 0.27 0.2429-4.108 2 0 1 5.014 3 10 0.27 0.2429-4.108 4 10 0.553 5.169 5 20 0.27 0.2429-4.108 6 20 1 5.325 7 30 0.27 0.2429-4.108 8 30 1 5.464 Tabel 5. Torsi pengereman No  Sudutlintasan(derajat)  Torsi Pengereman (N.m) waktu 1 0 max 1663 0.3425 2 0 akhir 1295 5.014 3 10 max 1670 0.3439 4 10 1058 5.169 5 20 max 1677 0.3452 6 20 1305 5.325 7 30 max 1683 0.3439 8 30 1039 5.464 Tabel 6. Jarak pemberhentian No Sudut lintasan(derajat) Jarak pemberhentian(m) Waktu (s) 1 0 29.2 5.014 2 10 31.08 5.151 3 20 32.96 5.325 4 30 34.77 5.464 Tabel 7. Jarak pemberhentian dari penelitian dahulu No Sumber Jarak pemberhentian (m) 1 Road and Rolls(2011) 37 2 Australia  auburn  and blacktown (2011) 26 3 Wheel megazine (2009) 26.35 4 Wenjuan li dkk(2008) 32 Rata-rata 30.3375 Tabel 8. Daya pengereman No  Sudut Lintasan (derajat) Daya Pengereman (kW) waktu 1 0 49.32(max) 0.3406 2 10 51.2(max) 0.342 3 20 53.03 (max) 0.3434 4 30 54.76(max) 0.3446 Tabel 9. Energi pengereman No  Sudut lintasan(derajat) Energi Pengerman (kJ) waktu 1 0 97.84(max) 5.014 2 0 245.309(Total energi) 0-5.014 3 10 104.4 (max) 5.151 4 10 269.802(Total energi) 0-5.151 5 20 110.9(max) 5.325 6 20 295.308(Total energi) 0-5.325 7 30 117.3(max) 5.464 8 30 320.316(Total energi) 0-5.464 KESIMPULAN
Pada pemodelan pengereman kendaraan yang menggunakan ABS di lintasan jalan menurun dengan variasi sudut 10 0 , 20 0 , 30 0 dengan  asumsi  kecepatan  mula  kendaraan  sebesar 40km/jam,  dapat  disimpulkan  bahwa  hasil  simulasi menunjukan  jarak  pemberhentian  adalah  31.08m,  32.96m, 34.77m  dengan  waktu  berhenti  selama  5.169s,  5.325s, 5.464s  secara  berurutan  sesuai  urutan  variasi  sudut,  selain itu  daya  yang  dibutuhkan  untuk  proses  pengereman  adalah 1.88kW,  3.71kW,  5.44kW.  Sedangkan  energi  yang dibutuhkan  selama  proses  pengereman  sebesar  24.493kJ, 49.999kJ,  75.007kJ.  Hasil  perhitungan  energi  yang dibutuhkan  selama  proses  pengereman  ini  bisa  dijadikan acuan  dalam  perencanaan  sistem  rem  regeneratif,  yaitu pemanfaatan energi yang terbuang selama proses pengereman  dengan  asumsi  kendaraan  mula-mula  bergerak dengan kecepatan 40 km/Jam, khususnya pada kondisi jalan menurun.
Nomenklatur a percepatan (m/s 2 ) g
percepatan gravitasi (m/s 2 ) Va kecepatan linier akhir (m/s) Vo kecepatan linier awal (m/s)
t waktu (s) S jarak (m) m
massa (kg) w
gaya berat (kg.m/s 2 )
μ koefisien gesek F gaya (N) λ nilai slip
τ,T,TB torsi (N.m) ω kecepatan angular (rad/sec)
PB
tekanan (Pa)
A luas (m 2 ) r,R r jari-jari (m)
W
usaha (joule)
P
daya (watt)
I inersia (kg.m 2 )
c konstanta redaman (N.s/m)
k
konstanta pegas (N/m)
Subscript max =    maximum

## Referensi
[1]Bhandari Rishabh, Patil Shangram & Singh Ramesh K., Surface prediction and control algorithms for anti-lock brake system. Journal,Transportation Research Part C 21 181-195 (2012)
[2]Mingxing M.A., Jichuan H., Ghoumin Xu. &Yancahi G., Experimental Investigation on Pressure Gradient of Automotive Hydraulic Anti-lock Braking Systems. Journal, Vol.2 No.3 Automotive Safety and Energy 198-205 (2011)
[3]Nyandoro O.T., Pedro J.O., Dahunsi O.A & Dwolatzky B., Linear Slip Control Formulation for Vehicular Anti-Lock Braking System withSuspension E ﬀ ects. Journal, IFAC World Congress Milano (Italy) 4778-4784 (2011)
[4]Bera T.K.,Bhattacharya K., & Samantaray A.K.,
Evaluation of antilock braking system with an integrated model of full vehicle system dynamics. Journal, Simulation Modelling Practice and Theory 19 2131–2150(2011)
[5]Mitunevicius V. & Imelinskas R., Research Of Braking Of Car With Anti-Lock Brake System. Journal, Vilnius Gediminas Technical University Transport Engineering Faculty, J. Basanavičiaus g. 28, LT-03224, Vilnius, Lithuania 120-125 (2011)
[6]Guo J., Wang J & Cao B.,Study on Braking Force Distribution of Electric Vehicles. Journal,
IEEE978-1-4244-2487 (2009)
[7]Li Wenjuan, Wang Xudong, Leng Xue & Wang Meng., Modeling and Simulation of Automobile Braking System Based on Kinetic Energy Conversion. Journal, IEEE 978-1-4244-1849 (2008)
[8]Valiunas Valdas &Vestartas Aurelijus, The Impact of Anti-Lock Braking System on Braking Distance of The Vehicle. Journal,Transport and Telecommunication Vol.6, N 2, 283-286 (2005)