LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN UNGGULAN DANA ITS …
Transcript of LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN UNGGULAN DANA ITS …
LAPORAN KEMAJUAN
PENELITIAN UNGGULAN DANA ITS TAHUN 2020
Evaluasi Skenario Integrasi dan Pengujian Kinerja Sistem
dan Fungsi Kemudi Kooperatif pada Mobil Otonom
Tim Peneliti: ACHMAD AFFANDI (Teknik Elektro)
EKO SETIJADI (Teknik Elektro) DJOKO PURWANTO (Teknik Elektro)
IMAM ARIFIN (Teknik Otomasi Industri)
DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
2020
Daftar Isi
Bab I RINGKASAN .................................................................................................................................... 3
Bab II HASIL PENELITIAN ......................................................................................................................... 4
II.1 Sistem Mobil Otonom ................................................................................................................... 4
II.2 Integrasi Sub-sistem Mobil Otonom ............................................................................................. 7
II.3 Skenario Eksperimen Kinerja Kemudi Kooperatif ....................................................................... 10
Bab III STATUS LUARAN ......................................................................................................................... 12
Bab IV PERAN MITRA ............................................................................................................................ 13
Bab V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN ........................................................................................ 14
Bab VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA .......................................................................................... 15
Bab VII DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................................... 16
Bab VIII LAMPIRAN ................................................................................................................................ 18
VIII.1 Komponen Sensor Utama Sistem Navigasi Cerdas .................................................................. 18
Bab I RINGKASAN
Pengembangan mobil listrik lebih lanjut adalah memberikan kemampuan self-driving
(otonom) pada mobil agar mampu melakukan penginderaan lingkungan dan bergerak dengan
aman dengan sedikit atau tanpa bantuan manusia. Kemampuan ini didukung oleh sistem
kemudi kooperatif yang mengontrol kemudi mobil dengan bantuan sistem cerdas.
Pelaksanaan riset ini sesuai dengan jadwal yang sudah diusulkan dan telah berjalan pada
tahap laporan kemajuan, secara umum kemajuan dapat sebesar 71% (tujuh puluh satu
persen). Permasalahan integrasi sistem dipecahkan dalam riset integrasi sub-sistem, khusus
pada riset ini memastikan integrasi sub-sistem mekanik mobil (sistem kemudi), sub-sistem
elektrik penggerak mobil, sub-sistem sensor lingkungan dan sub-sistem kontrol kemudi
otomatis dengan dukungan sistem cerdas. Tujuan riset yaitu kalibrasi kontrol kemudi
kooperatif pada mobil otonom.
Target penelitian ini diharapkan akan dapat dikontribusikan diantaranya:
Integrasi sistem kemudi kooperatif pada mobil otonom beroperasi
Kontribusi model dan metode operasional dari sub-sistem kemudi kooperatif
Acuan kalibrasi pada sistem kontrol kemudi cerdas untuk mobil otonom
Untuk pengembangan ini perlu integrasi sub sistem Smart Drive dan Sistem Mekatronika
Mobil Listrik, Desain On Board Unit termasuk komunikasi, user interface, computing unit,
storage; navigasi (sensor, LIDAR, RADAR, PU, GPS); Communication System, Network Protocol
& Interface; pemanfaatan AI dan Smart Data Processing, desain UX dan aplikasi pengguna
serta tak kalah penting adalah jaringan dan manajemen Battery dan Charging.
Proses integrasi tersebut menjadi bagian penting dalam setiap langkahnya dalam penyatuan
operasional seluruh sub sistem. Kemudian hasil dari integrasi tersebut akan memberikan
kinerja penuh pada sistem utama dari mobil otonom, yaitu pada sistem kemudi kooperatif.
Evaluasi kinerja hasil integrasi ini dilakukan dengan beberapa tahapan, pada tahapan awal
dalam proses integasi pengujian di lokasi memastikan bahwa sistem kemudi kooperatif dapat
berjalan yakni dengan sistem manual, kemudian dilakukan dengan pengaktifan kontrol
kemudi kooperatif dan kembali dengan sentuhan di kemudi akan mengembalikan ke kontrol
manual.
Selanjutnya pengukuran kinerja dilakukan dengan penerapan kontrol kemudi kooperatif
secara otonom pada rute yang ditentukan. Eksperimen ini memastikan pengenalan rute lebih
awal di sistem sebagai rute acuan. Kemudian membandingkan posisi mobil saat berjalan
dengan rute acuan, dan memastikan kontrol kemudi menyesuaikan target rute acuan.
Kata Kunci : mobil otonom, kemudi kooperatif, kontrol cerdas, autonomous vehicle
Bab II HASIL PENELITIAN
Hasil kemajuan pelaksanaan penelitian diuraikan dalam sub bab (2.2) Sistem Mobil Otonom,
(2.3) Integrasi Sub Sistem dan (2.4) Eksperimen Kinerja Kemudi Kooperatif yang dilakukan.
Hasil penelitian ini merupakan tahapan yang telah dilakukan bersama dalam konsorsium tim
penelitian intelligent-CAR (iCAR) ITS yang dikoordinasikan oleh Direktorat Riset dan
Pengabdian Masyarakat (DRPM) ITS.
II.1 Sistem Mobil Otonom
Mobil otonom adalah mobil yang memiliki kemampuan berkendara mandiri layaknya
dikendalikan seperti manusia. Kendaraan tersebut dilengkapi dengan teknologi kecerdasan
buatan (Artificial intelligent), sensor lingkungan dan aktuator sehingga mamungkinkan
berjalan tanpa dikendalikan manusia.
Mobil otonom yang dikembangkan dalam riset ini merupakan produk riset lintas disiplin
antara teknologi otomotif dan teknologi informasi, desain produk dan teknologi utama yang
disematkankan didalamnya adalah Artificial Intelligent (AI).
Mobil otonom ini mampu melakukan analisa lingkungan sekitar melalui sensor dan
mengambil mampu keputusan sendiri sehingga tidak memerlukan bantuan manusia dalam
pengoperasiannya.
Gambar 1. Sub-sistem yang mendukung mobil otonom
Tingkat otomasi dari mobil otonom menurut standar SAE (J3016) ada 5 tingkatan, seperti
diberikan dalam gambar 2.
Gambar 2. Tingkat otomasi pada mobil otonom
1) Autonomous Tingkat 0
Otomasi pada level ini adalah kendaraan masih dikendalikan oleh manusia sehingga
tidak ada fitur Autonomous pada kendaraan di tingkat ini.
2) Autonomous Tingkat 1
Pada tingkat ini fitur fitur otomasi mulai diterapkan untuk mendukung aspek
keselamatan, keamanan dan kenyamanan pengemudi selama berkendara. Fitur auto
braking atau pengereman otomatis adalah ciri khas otomasi tingkat 1 dimana suatu
kendaraan hanya mampu melakukan satu tugas dalam satu kesempatan
3) Autonomous Tingkat 2
Pada tingkat ini kendaraan memiliki sistem otomatisasi parsial. Kendaraan minimal 2
fitur otomatis seperti Steering dan Lane Control Assistant termasuk Traffic Jam
Assistant, membuat mengemudi sehari-hari jauh lebih mudah. Sistem pengereman
secara otomatis, akselerasi otomatis dan, perlahan – lahan mengambil alih sistem
kendali
4) Autonomous Tingkat 3
Kendaraan otonom level 3 mampu mengemudi sendiri, tetapi hanya dalam kondisi
ideal dan dengan keterbatasan, seperti akses terbatas yang terbagi jalan raya dengan
kecepatan tertentu. Meski tangan terlepas dari kemudi, pengemudi tetap diharuskan
di belakang kemudi. Seorang pengemudi manusia masih harus mengambil alih jika
kondisi jalan berada di bawah yang ideal.
5) Autonomous Tingkat 4
Kendaraan otonom level 4 dapat mengemudi sendiri tanpa interaksi manusia (selain
memasuki tujuan Anda) tetapi akan dibatasi untuk kasus penggunaan yang diketahui.
Operasional kendaraan otonom level 4 ini masih dibatasi oleh hukum dan regulasi.
Fitur autonomous Kendaraan level 4 masih dapat dioperasikan hanya pada lingkungan
tertentu
6) Autonomous Tingkat (level) 5
Pada kendaraan Autonomous level 5 kita tiba di mobil tanpa pengemudi sejati.
Kendaraan berkemampuan level 5 harus dapat memonitor dan bermanuver melalui
semua kondisi jalan dan tidak memerlukan intervensi manusia apa pun,
menghilangkan kebutuhan akan roda kemudi dan pedal. Meskipun banyak komponen
teknologi artificial intelligent yang memungkinkan terwujudnya kendaraan ini, namun
dikarenakan peraturan dan regulasi hukum, kendaraan Level 5 mungkin masih
membutuhkan waktu beberapa tahun ke depan.
Para rancangan riset mobil otonom iCAR ITS, telah didefinisikan untuk mencapai tingkat 3,
mobil otonom dapat beroperasi pada jalur yang telah dirancang pada lingkungan terbatas.
Mengingat peraturan tentang kendaraan swa kemudi di Indonesia belum diatur, sehingga
penerapan iCAR ITS ini pada lingkungan atau area pribadi/kompleks tertentu, untuk
pemanfaatan terbatas.
Meskipun dalam pemanfaatan yang terbatas iCAR ITS yang dirancang memiliki fitur kemudi
otonom dengan bantuan sistem kontrol kemudi kooperatif, bersamaan dengan manual jika
diinginkan.
II.2 Integrasi Sub-sistem Mobil Otonom
Para rancangan riset mobil otonom iCAR ITS, telah didefinisikan untuk mencapai tingkat 3,
mobil otonom dapat beroperasi pada jalur yang telah dirancang pada lingkungan terbatas.
Mengingat peraturan tentang kendaraan swa kemudi di Indonesia belum diatur, sehingga
penerapan iCAR ITS ini pada lingkungan atau area pribadi/kompleks tertentu, untuk
pemanfaatan terbatas.
Meskipun dalam pemanfaatan yang terbatas iCAR ITS yang dirancang memiliki fitur kemudi
otonom dengan bantuan sistem kontrol kemudi kooperatif, bersamaan dengan manual jika
diinginkan.
Arsitektur dasar dari mobil otonom iCAR ITS yang dirancang diberikan pada gambar 3, yang
terdiri dari 7 sub-sistem diantaranya:
1. Body Frame,
2. Frame, Power Drive & Steering
3. Servo Control & Mechatronics
4. Sensors & Navigations
5. Communication
6. Integration On-board Unit, and User Interface
7. Battery
Gambar 3. Arsitektur dasar mobil otonom
Pada riset konsorsium ini digunakan pada awalnya adalah memanfaatkan arsitektur mobil
golf sebagai platform dan body mobil listrik. Tim mekatronik berfokus pada riset otomasi
kemudi cerdas untuk mendukung sistem mobil otonom, yang meliputi kontro elemen nomor
2 sampai 6 dengan catuan dari 7.
Berikut gambar 4, hasil kemajuan dari rancangan modifikasi platform mobil golf pada tahapan
awal untuk dirancang sistem otonom tersebut.
Gambar 4. Hasil rancangan modifikasi platform body mobil golf menjadi iCAR ITS
Hasil rancangan sub-sistem navigasi cerdas yang mendukung kemudi kooperatif yang
dirancang adalah sebagai berikut.
1) Diagram blok sistem navigasi
Sistem navigasi cerdas yang dirancang seperti yang ditunjukkan di gambar 5. Sistem
ini terdiri dari :
penerima GPS (Global Positioning Satellite), sebagai sensor posisi yang akan
memberikan luaran data posisi mobil berupa koordinat bujur dan lintang.
Kamera yang digunakan memonitor kondisi lingkungan di sekitar mobil, luaran
kamera akan mencatu masukan gambar pada sub-sistem pengolah gambar (image
processor) yang luarannya diteruskan ke sistem navigasi untuk mendukung
pengambilan keputusan
LIDAR (Light Detection and Ranging), perangkat sensor yang mendeteksi obyek
dan mengukur jaraknya, yang digunakan untuk catuan obyek dan jaraknya
disekitar mobil saat bergerak, sehingga menjadi pertimbangan keputusan navigasi.
Tiga sensor utama tersebut di atas merupakan data penting dalam sistem navigasi cerdas
yang akan memberikan keputusan terhadap kontrol kemudi, kecepatan motor listrik dalam
perjalanan mobil otonom.
Sistem navigasi cerdas yang dibangun merupakan integrasi dari tiga sensor utama dan aktutor
berupa sitem throttle, sistem kemudi (steering), sistem pengeriman (braking) dan sistem
instrumentasi yang akan mengontrol, merupakan antar muka termasuk sistem komunikasi.
Gambar 5. Sistem navigasi cerdas
Rincian diagram perangkat keras pendukung navigasi cerdas diberikan seperti gambar 6.
2) Diagram perangkat keras navigasi cerdas
Perangkat keras utama yang mendukung sistem navigasi cerdas ini terdiri dari sebuah sistem
komputer yang terhubung ke tiga sensor utama (GPS, kamera, LIDAR) dan aktuator berupa
sub-sistem throttle, brake, steering dan instrumentasi.
Gambar 6. Rangkaian perangkat yang terhubung untuk navigasi cerdas
Untuk masing-masing aktuator akan ditransaksikan data sebagai berikut :
Throttle system:
o input : posisi throttle.
o Output: posisi throttle.
Brake System
o Input: torsi
o Output: posisi throttle.
Steering system
o Input: posisi
o Output: posisi
Instrumentation (lamp, sign, dll)
o Input: state
o Output: state
Car
Velocity
Steering
Position
GPS
Camera
Lidar
Navigation
System
GPS
Camera
Lidar
Computer
System
Throttle System
Brake System
Steering System
Instrumentation
System
Gambar-gambar terkait dengan komponen pendukung sistem navigasi cerdas disampaikan di
lampiran I.
II.3 Skenario Eksperimen Kinerja Kemudi Kooperatif
Skenario eksperimen untuk evaluasi kinerja kemudi kooperatif perlu disiapkan untuk lintasan
perjalanan yang direncanakan. Kendaraan otonom ini beroperasi pada area tertentu dengan
lintasan yang perlu didefinisikan lebih awal sebagai acuan target lintasan. Selanjutnya mobil
akan dapat berjalan sesuai dengan target lintasan.
Pada percobaan ini, mobil dijalankan secara otonom dengan menggunakan GPS Referensi
yang diletakkan pada parkiran belakang gedung Robotika ITS. Tinggi GPS Referensi hanya
sekitar 3 meter. Koneksi antara GPS referensi dengan GPS rover (pada mobil) menggunakan
koneksi telemetri, sedangkan koneksi internet menggunakan Wi-Fi yang diletakkan di dekat
GPS Referensi.
Tujuan dari percobaan ini adalah menguji mobil otonom pada ruas jalan yang sederhana,
yaitu hanya terdiri dari dua bundaran sebagai putar balik dan dua ruas jalan lurus. Pengujian
ini lebih menitik beratkan pada fungsionalitas sistem secara keseluruhan.
Dua skenario yang disiapkan telah dimasukkan dalam system navigasi cerdas seperti di
gambar 7 dan 8.
Gambar 7. Skenario 1: Lokasi di sekitar Gedung Robotika ITS
Pada scenario 1: Gambar 7, lintasan jalan yang dilalui, titik terdekat dari dengan GPS
Referensi sejauh 104 meter, sedangkan titik terjauh dari GPS referensi adalah 150 meter.
Panjang lintasan total yang digunakan adalah sekitar 400 meter.
Sedangkan untuk scenario 2: Gambar 8, dilakukan di taman alumni. Agar dalam pelaksanaan
penentuan posisi lebih akura, dipasan pemancar GPS Referensi ada di sisi taman alumni (GPS
RTK Reference). Titik terdekat dengan GPS Referensi : 5 meter, sedangkan titik terjauh dengan GPS
Referensi sebesar 150 meter. Adapun panjang lintasan : 600 meter.
Gambar 8. Skenario 2: Lokasi di sekeliling Taman Alumni ITS.
Bab III STATUS LUARAN
Uraian status proses mencapai luaran yang didukung dengan bukti kemajuan ketercapaian luaran yang
data lengkapnya disampaikan pada bagian bab Lampiran.
Target luaran penelitian ini diharapkan yang dikontribusikan diantaranya:
Integrasi sistem kemudi kooperatif pada mobil otonom beroperasi
Kontribusi model dan metode operasional dari sub-sistem kemudi kooperatif
Acuan kalibrasi pada sistem kontrol kemudi cerdas untuk mobil otonom
Bab IV PERAN MITRA
Belum ada mitra penelitian yang bekerja sama untuk hilirisasi produk iCAR ini.
Bab V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN
Kendala pelaksanaan penelitian konsorsium diantaranya:
Waktu pekerjaan yang seria, sehingga untuk eksperimen harus menunggu pekerjaan
tim body, tim yang mengembangkan platform termasuk penggerak, tim
mekatronika. Sekaligus pekerjaan ini dilakukan bersama-sama dengan tim platform
dan mekatronika.
Pelaksanaan pekerjaan penelitian menunggu pengadaan barang utama: platform
mobil golf dan pengadaan LIDAR yang memerlukan waktu.
Sinergitas dan integrase kerjasama dengan disiplin ilmu lain juga memerlukan waktu
yang lebih panjang dari perkiraan. Hambatan atau kendala yang mungkin terjadi pada
tahap ini terjadi dalam prosesnya, diidentifikasi sebagai kendala yang dihadapi adalah
evaluasi konsep baru.
Bab VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA
Rencana tahapan selanjutnya berisi tentang rencana penyelesaian penelitian dan rencana untuk mencapai luaran yang dijanjikan.
Rencana kegiatan selanjutnya diberikan dalam table berikut.
NO KEGIATAN SEP OKT NOV DEC
1 Pembuatan acuan rute 1 & 2 __xx
2 Pengukuran kinerja sistem kemudi kooperatif xx
3 Penyempurnaan sistem navigasi cerdas __x
4 Final Evaluasi Kinerja sistem kemudi koopertif ___x
5 Penyusunan Luaran Penelitian ___X
6 Penyusunan Laporan Akhir X
7 Finalisasi Laporan Akhir _x
Bab VII DAFTAR PUSTAKA
1. "Vehicle-To-Vehicle Communication Technology For Light Vehicles" (PDF). www.google.com.
p. e10. Retrieved 2019-12-02.
2. An assessment of LTE-V2X (PC5) and 802.11p direct communications technologies for
improved road safety in the EU.(http://5gaa.org/wp-content/uploads/2017/12/5GAA-
Roadsafety-FINAL2017-12-05.pdf)
3. White Paper on ITS spectrum utilization in the Asia Pacific Region
(http://5gaa.org/wpcontent/uploads/2018/07/5GAA_WhitePaper_ITS-spectrum-utilization-
in-the-Asia-PacificRegion_FINAL_160718docx.pdf)
4. C-ITS: Three observations on LTE-V2X and ETSI ITS-G5—A comparison
(https://www.nxp.com/docs/en/white-paper/CITSCOMPWP.pdf)
5. Heterogeneous Vehicular Networking: A Survey on Architecture, Challenges, and
Solutions(https://doi.org/10.1109/COMST.2015.2440103)
6. EN 302 663 Intelligent Transport Systems (ITS); Access layer specification for Intelligent
Transport Systems operating in the 5 GHz frequency band
(http://www.etsi.org/deliver/etsi_en/302600_302699/302663/01.02.00_20/en_302663v01
0200a.pdf)
7. Taeihagh, Araz; Lim, Hazel Si Min (2 January 2019). "Governing autonomous vehicles:
emerging responses for safety, liability, privacy, cybersecurity, and industry risks". Transport
Reviews. 39 (1): 103–128. arXiv:1807.05720. doi:10.1080/01441647.2018.1494640. ISSN
0144-1647.
8. Maki, Sydney; Sage, Alexandria (19 March 2018). "Self-driving Uber car kills Arizona woman
crossing street". Reuters. Retrieved 14 April 2019.
9. Thrun, Sebastian (2010). "Toward Robotic Cars". Communications of the ACM. 53 (4): 99–
106. doi:10.1145/1721654.1721679.
10. Gehrig, Stefan K.; Stein, Fridtjof J. (1999). Dead reckoning and cartography using stereo
vision for an automated car. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and
Systems. 3. Kyongju. pp. 1507–1512. doi:10.1109/IROS.1999.811692. ISBN 0-7803-5184-3.
11. Lassa, Todd (January 2013). "The Beginning of the End of Driving". Motor Trend. Retrieved 1
September 2014.
12. "European Roadmap Smart Systems for Automated Driving" (PDF). EPoSS. 2015. Archived
from the original (PDF) on 12 February 2015.
13. Lim, Hazel Si Min; Taeihagh, Araz (2019). "Algorithmic Decision-Making in AVs:
Understanding Ethical and Technical Concerns for Smart Cities". Sustainability. 11 (20): 5791.
arXiv:1910.13122. Bibcode:2019arXiv191013122L. doi:10.3390/su11205791.
14. "Self-driving trucks are here – here's how they will transform the trucking industry" (Video).
CNBC Videos. 13 April 2019. Retrieved 14 April 2019 – via Yahoo.
15. "'Phantom Auto' will tour city". The Milwaukee Sentinel. 8 December 1926. Retrieved 23 July
2013.
16. Vanderblit, Tom (6 February 2012). "Autonomous Cars Through The Ages". Wired. Retrieved
26 July 2018.
17. Marc Weber (8 May 2014). "Where to? A History of Autonomous Vehicles". Computer
History Museum. Retrieved 26 July 2018.
18. "Carnegie Mellon". Navlab: The Carnegie Mellon University Navigation Laboratory. The
Robotics Institute. Retrieved 20 December 2014.
19. Kanade, Takeo (February 1986). Autonomous land vehicle project at CMU. CSC '86
Proceedings of the 1986 ACM Fourteenth Annual Conference on Computer Science. Csc '86.
pp. 71–80. doi:10.1145/324634.325197. ISBN 9780897911771.
20. Wallace, Richard (1985). "First results in robot road-following" (PDF). JCAI'85 Proceedings of
the 9th International Joint Conference on Artificial Intelligence. Archived from the original
(PDF) on 6 August 2014.
21. Schmidhuber, Jürgen (2009). "Prof. Schmidhuber's highlights of robot car history". Retrieved
15 July 2011. 23. Turk, M.A.; Morgenthaler, D.G.; Gremban, K.D.; Marra, M. (May 1988).
"VITS-a vision system for automated land vehicle navigation". IEEE Transactions on Pattern
Analysis and Machine Intelligence. 10 (3): 342–361. doi:10.1109/34.3899. ISSN 0162-8828
Bab VIII LAMPIRAN
VIII.1 Komponen Sensor Utama Sistem Navigasi Cerdas
Pemasangan LIDAR di posisi tengah bagian depan
Posisi LIDAR setelah body mobil tertutup
LIDAR
Posisi GPS
Kamera di pasang di atas mobil