PENERAPAN SISTEM KERJA “GYROSCOPE” PADA KENDARAAN BERMOTOR

Oleh :

Muhammad Abid (8889)

Robbi Hablis Salam (8896)

KEMENTERIAN AGAMA

MADRASAH ALIYAH NEGERI 2 KUDUS

2016

Ilmu Penerapan Fisika

LOMBA KARYA ILMIAH REMAJA KE-48 TAHUN 2016JUDUL : PENERAPAN SISTEM KERJA “GYROSCOPE” PADA KENDARAAN BERMOTOR

BIDANG : Ilmu Penerapan Fisika

KATEGORI : Fisika

NAMA : Muhammad Abid

Robbi Hablis Salam

SEKOLAH : Man 2 Kudus

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana system kerja

“gyroscope” jika diterapkan pada kendaraan bermotor. Kendaraan

bermotor sering dijumpai di Indonesia, karena seringnya penduduk lebih

memilih kendaraan pribadi seperti kendaraan bermotor. Di samping itu,

“gyroscope” merupakan alat untuk mengukur kecepatan sudut dan

memiliki sensor untuk mengukur dan menjaga orientasi berdasarkan

prinsip kerja momentum angular.

Prosedur yang dilakukan pertama adalah pembuatan kontroler.

Langkah yang kedua adalah proses penerapan kontroler pada kendaraan

bermotor. Lalu, dilakukan beberapa pengujian. Pengujiannya yaitu

pengujian kendaraan yang sudah di terapkan sistem “gyroscope” pada

bidang datar dan pengujian pada bidang miring. Lalu, pengujian untuk

menguji beban dan kecepatan. Lalu, pengujian untuk ketahanan pada

bidang datar dan pada bidang kasar.

Jadi, peneliti mengharapkan sistem kerja “gyroscope” yang

diterapkan pada kendaraan bermotor dapat menjadi penjaga

keseimbangan (self-balancing motorcycle).

1. Objek penelitian berupao Manusiao Hewan o Tumbuhano Pembuatan Alato Lain-lain

2. Apa penelitian ini lanjutan dari penelitian sebelumnyao Ya, dari tahun….o Tidak

3. Metodologi penelitian yang digu-nakano Kualitatifo Kuantitatifo Analisis Wacanao ……

4. Metode Penelitiano Wawancarao Kuisonero Studi Laboratoriumo Observasio Studi literature

Catatan:Hapus yang tidak perlu

A. Latar belakang

Dewasa ini, kendaraan bermotor sangat banyak diminati penduduk di Indonesia.

Hal ini sesuai dengan tingginya laju pertumbuhan sepeda motor yang mencapai hingga

10,8 persen yang merupakan tiga kali lipat dari laju pertumbuhan mobil yang hanya 3.6

persen pada tahun 2002 - 2010. Hal ini tidak menutup kemungkinan laju tersebut terus

meningkat pada tahun 2016 ini. Kendaraan bermotor paling banyak digunakan

khususnya di wilayah asia. Bahkan Indonesia yang memiliki sekitar 250 juta penduduk

dan jumlah kendaraan bermotor sendiri mencapai 60 juta (berdasarkan WHO 2013),

yang berarti setiap 4 orang memiliki 1 kendaraan bermotor. Indonesia merupakan

peringkat ketiga di Asia dalam hal penggunaan kendaraan bermotor.

Banyaknya penduduk di Indonesia yang menggunakan kendaraan bermotor

tidak menutup kemungkinan banyak terjadi kecelakaan lalu lintas baik yang sudah

memiliki Surat Izin Mengemudi (SIM), maupun yang belum. Data statistik di tahun 2010

menyatakan bahwa kecelakaan lalu lintas menyebabkan kerugian sebesar 217 triliun

rupiah. Itu artinya, jumlah uang itu mencapai 3% dari Pendapatan Domestik Bruto (PDB)

di Indonesia. Di tahun itu pula, tercatat korban meninggal dunia sebanyak 31.234 orang

yang berarti tiap jamnya terdapat 3 - 4 orang mati sia-sia di jalan raya. Oleh sebab itu,

perkembangan teknologi pada kendaraan bermotor sangat diperlukan, khususnya dapat

mengurangi kecelakaan yang terjadi. Kecelakaan lalu lintas sendiri memiliki banyak

faktor, baik dari pengguna kendaraan maupun dari lingkungan pada saat berkendara itu

sendiri. Salah satu inovasi untuk mengurangi kecelakaan lalu lintas yaitu dengan

menerapkan sistem kerja giroskop pada kendaraan bermotor.

Giroskop merupakan alat untuk mengukur kecepatan sudut dan memiliki sensor

untuk mengukur dan menjaga orientasi berdasarkan prinsip kerja momentum angular.

Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI) Giroskop adalah alat berupa cakram

yang sumbunya berputar antara dua penopang dan tetap dalam posisinya apabila tidak

ada pengaruh kekuatan luar. Giroskop digunakan untuk mengukur orientasi

berdasarkan prisip momentum sudut. Giroskop konvensional adalah mechanical

gyroscope terdiri atas sebuah piringan (rotor) yang berputar di sumbu putar. Sumbu

putar ini terpasang disuatu kerangka yang disebut gimbal. Jumlah gimbal menentukan

jumlah axis gyroscope. Giroskop yang memiliki satu gimbal hanya dapat berputar

dengan satu poros, giroskop yang memiliki dua gimbal dapat berputar dengan dua

poros, dan giroskop yang memiliki tiga gimbal dapat berputar dengan tiga poros namun

rotor akan selalu tetap diposisinya. Giroskop pertama kali ditemukan oleh  Jean Bernard

Léon Foucault pada tahun 1852. Replica dibangun oleh Dumoulin-Froment untuk

universelle Pameran di 1867. Konservatorium Nasional dan museum Seni Kerajinan,

Paris. Yang dikenal paling awal giroskop-seperti instrumen dibuat oleh Jerman Johann

Bohnenberger, yang pertama kali menulis tentang hal itu pada tahun 1817. Pada

awalnya ia menyebutnya "Mesin". Mesin Bohnenberger itu didasarkan pada lingkup

besar berputar. Giroskop sendiri berasal dari kata skopeein dalam Yunani yang berarti

untuk melihat, dan gyros dalam Yunani yang berarti lingkaran atau rotasi.

Secara mekanis, giroskop berbentuk seperti sebuah roda berputar atau cakram

di mana poros bebas untuk mengambil setiap orientasi. Meskipun orientasi ini tidak

tetap, perubahannya dalam menanggapi torsi eksternal jauh lebih sedikit dan

berlangsung dalam arah yang berbeda jika dibandingkan dengan tanpa momentum

sudut, yang berkaitan dengan tingginya tingkat putaran dan momeni inersia. Orientasi

perangkat tetap sama, terlepas dari gerak platform pemasangan, karena pemasangan

perangkat pada sebuah gimbal akan meminimalkan torsi eksternal. Prinsip rotor giro

adalah kekakuan dalam ruang atau inersia giroskopik. Hukum pertama Newton

menyatakan jika gaya total suatu benda sama dengan nol, maka gerak benda tidak

akan (dalam kesetimbangan). Rotor berputar dalam giroskop mempertahankan

sikap konstan dalam ruang selama tidak ada gaya luar yang mengubah gerakannya.

Stabilitas ini meningkat jika rotor memiliki massa dan kecepatan. Karakteristik lain

giroskop adalah presesi. Presesi adalah gerakan memiringkan atau berputar terhadap

sumbu giroskop sebagai akibat gaya yang diterapkan. Ketika sebuah gaya diterapkan di

tepi rotor giroskop yang stasioner, maka rotor akan bergerak dalam arah yang sama

dengan gaya tersebut. Namun, ketika rotor berputar, gaya yang sama mengakibatkan

rotor bergerak ke arah yang berbeda seolah-olah gaya diterapkan di titik 90o di sekitar

lingkaran dalam arah rotasi.

Dikarenakan banyaknya fungsi dalam giroskop yang masih belum dimanfaatkan

dalam bidang pengembangan teknologi pada kendaraan bermotor, peneliti tertarik

untuk menerapkan sistem kerja giroskop pada kendaraan bermotor.

B. Rumusan masalahBerdasarkan latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan

1. Bagaimana prinsip kerja dari Giroskop?

2. Bagaimana keefektifan prinsip kerja Giroskop pada kendaraan bermotor?

C. Tujuan penelitian

Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan inovasi teknologi terapan pada

kendaraan bermotor menggunakan prinsip kerja giroskop yang mana selalu menjaga

keseimbangan serta menjaga orientasi berdasarkan prinsip kerja momentum angular

dan mengetahui bagaimana keefektifan prinsip kerja Giroskop pada kendaraan

bermotor.

D. Manfaat penelitian1. Tahu bagaimana penerapan prinsip kerja Giroskop pada kendaraan bermotor.

2. Memberikan informasi tentang Giroskop pada masyarakat.

3. Tahu tentang kelebihan dari Giroskop.

4. Memudahkan masyarakat bagi yang tidak bisa menaiki sepeda motor.

E. Hal baru yang diajukan terkait masalahPeneliti mengajukan penggunaan prinsip (sistem) kerja giroskop pada kendaraan

bermotor sebagai penjaga keseimbangan (self-balancing motorcycle).

F. Metode yang akan dilakukan sebagai justifikasi terkait masalah

Keseluruhan cara kerja sistem ini diatur oleh perangkat lunak yang ditanamkan

pada kontroler. Sehingga kontroler di sini berfungsi sebagai pusat sistem kendali.

Secara garis besar cara kerja sistem ini dimulai dari mengambil nilai sudut dari sensor

sudut, kemudian mengambil nilai kecepatan sudut dari sensor kecepatan sudut. Nilai

sudut yang telah didapatkan digunakan untuk mencari selisih sudut terhadap sudut

acuan. Semakin besar selisih maka semakin besar pula keluaran. Sedangkan nilai

kecepatan sudut digunakan sebagai kompensasi keluaran. Nilai-nilai tersebut diolah

menggunakan metode PID, dengan persamaan sebagai berikut :

PID=Kp.e[n] + Ki.{e[n]+e[n-1]+…..+e[n-k]}.Δt + Kd.{e[n]-e[n]}/Δt.

Dengan:

PID : Nilai keluaran

e[n] : selisih antara sudut aktual dengan sudut acuan

Kp : Konstanta proportional

Ki : Konstanta integral

Kd : Konstanta differential

Δt : Waktu sampling

Dalam kasus ini, nilai {e[n]-e[n]}/Δt pada metode differential sama dengan kecepatan

sudut. Sehingga Persamaan tersebut dapat diganti dengan:

PID=Kp.e[n] + Ki.{e[n]+e[n-1]+…..+e[n-k]}.Δt + Kd.{kecepatan_sudut}

Nilai PID ini berfungsi sebagai acuan nilai PWM untuk mengendalikan kecepatan

kedua motor. Namun sebelum dijadikan nilai PWM, nilai PID tersebut terlebih dahulu

ditambahkan dengan nilai simpangan stang. Nilai simpangan stang ini berfungsi untuk

membedakan kecepatan motor kiri dan motor kanan agar segway dapat berbelok.

Setelah mendapatkan nilai PWM maka kecepatan dan arah putaran motor dapat

dikendalikan. Namun untuk mengendalikan motor yang berdaya besar, dibutuhkan

suatu rangkaian untuk menghubungkan kontroler dan catu daya pada motor tersebut.

Rangkaian tersebut adalah driver motor. Jadi dapat disimpulkan bahwa nilai sensor

sudut, kecepatan sudut dan simpangan stang diolah menggunakan metode PID untuk

menghasilkan kecepatan motor pada roda segway berdasarkan nilai PWM hasil dari

pengolahan tersebut.

Gambar 1. Bagan alur penelitian

Pembuatan kontroler

Pemasangan kontroler pada kendaraan bermotor

Pengujian pada bidang miring

Pengujian ketahanan pada bidang datar dan bidang kasar

Pengujian beban dan kecepatan

Pengujian pada bidang datar

G. KesimpulanGiroskop merupakan alat untuk mengukur kecepatan sudut dan memiliki sensor untuk

mengukur dan menjaga orientasi berdasarkan prinsip kerja momentum angular. Giroskop digu-

nakan untuk mengukur orientasi berdasarkan prisip momentum sudut. Dilihat dari kegunaan-

nya, berarti alat ini dapat digunakan untuk menjaga keseimbangan suatu benda baik pada saat

bergerak atau saat diam. Peneliti menerapkan “gyroscope” pada kendaraan bermotor.

Diharapkan dengan adanya penelitian ini, “gyroscope” dapat diterapkan pada kendaraan

bermotor yang digunakan sehari-hari.

H. Daftar Pustaka

Departement of Phisic and Astronomi Georgia State University.

Gyroscope. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/gyr.html.

29 Februari 2012.

History of Gyroscopes, Glen Turner. 2004 (http://www.gyroscopes.org/history.asp)

Science and Technology Perspectives: Laser Gyroscopes . The Revolution in

Guidance and Control William Siuru Jr.

(http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/aureview/1985/may-jun/siuru.html)

D Piyabongkarn and R Rajamani, .The development of a MEMS gyroscope for

absolute angle measurement.. American control conference, May 2002

History of Gyroscopes, Glen Turner. 2004 (http://www.gyroscopes.org/history.asp)

Colton, Shane, “A Simple Solution For Integrating Accelerometer And

Gyroscope Measurements For A Balancing Platform”, Submitted as a chief

Delphi white paper, 25 Juni 2007.

FOTO

FOTO

BIODATA PESERTA

Nama : Muhammad AbidSekolah : Man 2 KudusAlamat Sekolah : Prambatan Kidul, Kaliwungu, Kabupaten KudusAlamat Rumah : Kauman Wetan 545,Demaan 03/02,Kabupaten KudusTempat Lahir : KudusTanggal Lahir : 21 November 1998Jenis Kelamin : Laki-lakiKelas : XI MIA 5Nomor HP : -Email : abbid.akun@gmail.com

Nama : Robbi Hablis SalamSekolah : Man 2 KudusAlamat Sekolah : Prambatan Kidul, Kaliwungu, Kabupaten KudusAlamat Rumah : Tanjungkarang 02/03, Jati, Kabupaten KudusTempat Lahir : KudusTanggal Lahir : 24 Mei 1999Jenis Kelamin : Laki-lakiKelas : XI MIA 5Nomor HP : -Email : robbisalam77@gmail.com

Data Guru PembimbingNama : Mas BukhoriSekolah : Man 2 KudusMata Pelajaran : FISIKAAlamat Rumah : Prambatan Kidul, Kaliwungu, KudusJenis Kelamin : Laki - lakiNomor HP : -Email : -