Hari ini, peradaban global memasuki paradigma baru dengan munculnya masyarakat modern, gaya hidup yang berubah dengan cepat dengan sistem cerdas, jaringan, dan bahkan sistem kontrol nirkabel [1]. Perkembangan teknologi dan industri tidak lagi mengandalkan sumber energi fosil berupa minyak cair dan bahan padat seperti batu bara. Kecepatan perpindahan manusia telah mencapai lebih dari 300 km/jam di darat dan kecepatan supersonic di udara.
Di saat yang sama, ancaman terhadap ketersediaan bahan bakar konvensional memaksa teknologi untuk beralih ke beberapa energi alternatif. Bahaya lain berupa isu pemanasan global, perubahan iklim dunia, dan penurunan kualitas lingkungan hidup yang mengancam keselamatan makhluk hidup, terutama di Kota-kota dan kawasan industri. Untuk itu, diperlukan lompatan cerdas dan realistik untuk melanjutkan mobilitas dengan mempertimbangkan aspek lingkungan dan keberlanjutan (sustainability).
Mobil juga telah berkembang menjadi cerdas, mampu mengenali kesalahan pada sistem secara mandiri, menampilkan stabilitas yang lebih baik, dan menghasilkan efisiensi yang tinggi. Teknologi berkembang dari pemanfaatan bahan bakar konvensional ke sistem bahan bakar alternatif dan bahkan sistem penggerak alternatif melalui pengendalian elektronik, tidak lagi memerlukan pengendalian secara mekanis.
1.1. Konsep Kendaraan Modern
Tingkat keselamatan, kenyamanan, eknomis, dan produk ramah lingkungan secara bertahap menjadi suatu syarat bagi terpenuhinya regulasi sekaligus tuntutan pengemudi dan masyarakat yang harus dipenuhi. Hal tersebut nyatanya adalah masalah sosial yang makin meningkat, termasuk tingginya tingkat polusi lingkungan terutama di kota-kota besar dan sepanjang jalur transportasi, pemakaian konsumsi bahan bakar yang meningkat, dan bahkan kecelakaan lalul lintas yang diakibatkan oleh kendaraan juga meningkat.
Tuntutan-tuntutan tersebut memacu produsen mobil untuk mengembangkan teknologi canggih. Beberapa produk telah beralih atau menggabungkan beberapa mode operasi bahan bakar. Teknologi elektronik maju juga diterapkan pada komponen kendaraan untuk memenuhi tuntutan dalam hal operasi yang akurat dan berkecepatan tinggi. Mesin kendaraan harus mampu memenuhi kriteria antara lain performa tinggi (optimal), hemat dalam pemakaian bahan bakar, emisi gas buang yang rendah/ tanpa emisi, noise dan getaran mesin rendah, dan handal dan mudah dioperasikan. Lebih terperinci disajikan dalam Gambar 1.1. sebagai berikut [2].
Gambar 1.1 Konsep Kendaraan Modern
1.2. Sejarah On Board Diagnostics (OBD)
Salah satu aplikasi sistem cerdas pada mobil yang pertama adalah self-diagnostic untuk mengenali problem kesalahan pada mesin dan komponen mesin. Sistem yang ada sekarang harus dapat memonitor emisi dan sistem kontrol yang kompleks secara interaktif dan menyediakan serial data yang cukup untuk teknisi sehingga dapat mengarahkan pada sumber kerusakan.
Tugas komputer dalam masalah pengontrolan emisi pada self-diagnostic menjadi sangat penting karena sudah menjadi kebijakan di banyak negara. Perintah penggunaan On Board Diagnostics (OBD) pertama kali berasal dari suatu badan di Amerika yatu California Air Resources Board (CARB) di tahun 1988. CARB mewajibkan penggunaan on board diagnostic system untuk semua kendaraan yang dijual di USA, melalui peraturan amandemen Clean Air Act tahun 1990 dan juga perintah pelaksanaan di tahun 1996.
Aturan dari sistem generasi pertama ini selanjutnya disebut OBD I yang masih relatif sederhana. CARB mengusulkan sekaligus mengharuskan penggunaan on board diagnostic system untuk model kendaraan yang dibuat setelah tahun 1996. Aturan ini kemudian disebut dengan OBD-II (sistem generasi kedua). U.S. Environmental Protection Agency (USEPA) membuat peraturan yang menyerupai dengan aturan California OBD-II. USEPA setuju untuk menyamakan dengan California OBD-II paling tidak mulai model tahun 1998. Oleh karena itu, semua kendaraan yang dijual di Amerika harus memenuhi persyaratan CARB OBD-II. Sekarang, seluruh kendaraan komersial yang diproduksi diseluruh dunia mengaplikasikan sistem OBD, sebagai tuntutan lolos emisi dan efisiensi [3].
1.3. Status dan Tantangan Riset
1.3.1. Pemenuhan Konsep Kendaraan Modern
Sampai saat ini, upaya untuk mengurangi konsumsi bahan bakar berbasis minyak bumi dan mengurangi emisi memerlukan usaha penelitian multidisiplin yang mencakup analisis, pemodelan, eksperimen dan pengujian laboratorium. Kegiatan tersebut harus didukung dengan fasilitas penelitian yang canggih, tim ilmuwan dan insinyur multidisiplin yang saling bersinergi. Hampir semua lembaga riset otomotif sedang berupaya memecahkan tantangan besar dan kecil yang terkait dengan pengembangan desain drivetrain kendaraan yang lebih baik, material baru, bahan bakar yang lebih baik, dan proses yang lebih baik untuk mendukung transisi teknologi transportasi menuju lingkungan yang lebih bersih dan lebih berkelanjutan [4].
1.3.2. Analisis Sistem Energi dan Pengambilan Keputusan Terintegrasi
Sistem energi dan tenaga listrik mengalami periode perubahan yang cepat. Proses transformasi ini ditandai dengan restrukturisasi pasar energi dan listrik, pengembangan dalam skala besar sumber energi terbarukan seperti wind energy dan solar PV, pengenalan dan penerapan teknologi komunikasi baru (misalnya smart grid). Proses transformasi juga ditandai dengan saling ketergantungan yang lebih besar diantara berbagai infrastruktur energi dan komunikasi. Dengan penetrasi yang lebih tinggi dari sumber energi rendah karbon, smart grid, kendaraan listrik, dan sistem teknologi baru lainnya yang muncul pada abad ke-21, mendukung sumber daya yang memberikan fleksibilitas sistem yang lebih besar (misalnya penyimpanan energi), dan berkontribusi terhadap efisiensi, keandalan, dan ketahanan sistem. Integrasi dan optimalisasi berbagai bagian sistem energi akan dibutuhkan untuk menurunkan biaya, memperbaiki kinerja sistem, dan mengurangi dampak lingkungan [5]. Pada sisi lain, keputusan penerapan sistem energi baru juga mempertimbangkan perilaku konsumen, kondisi ekonomi, dan kekuatan pasar. Semua variabel tersebut berinteraksi pada banyak tingkatan untuk mempengaruhi penerimaan teknologi baru dan potensi dampaknya terhadap efisiensi energi dan lingkungan.
1.3.3. Mesin dan Bahan Bakar
Lembaga – lembaga riset dunia berfokus pada interaksi antara bahan bakar dan mesin untuk memaksimalkan manfaat yang ada melalui pengoptimalan sistem serta performansi multi-bahan bakar dalam sebuah kendaraan. Para ilmuan sedang berupaya menerapkan keahlian mereka di bidang kimia pembakaran, karakterisasi semprotan bahan bakar, perancangan sistem pembakaran, kontrol, dan penginderaan di dalam silinder serta pengendalian emisi. Tim ahli yang mencakup berbagai disiplin ilmu bidang mekanik, fisikawan, ahli kimia, dan ilmuwan komputer berkolaborasi dalam pengembangan bersama konsep mesin pembakaran dalam (Internal Combustion Engine, ICE) yang inovatif dengan penggunaan bahan bakar alternatif. Untuk itu, kemampuan uji coba dan simulasi laboratorium yang canggih akan berpengaruh terhadap kecepatan pemenuhan target riset [6].
1.3.4. Teknologi Pelumasan
Keruagian-kerugian energi akibat gesekan (frictional losses) pada sebuah mesin umumnya mencapai angka 10-20% dari total energi yang disuplai bahan bakar ke mesin, tergantung pada faktor-faktor seperti ukuran mesin, tipe, kondisi mengemudi dan cuaca. Mengurangi kerugian gesekan ini dapat mengurangi konsumsi bahan bakar dan mengurangi emisi karbon dioksida sebesar pada angka yang signifikan. Periset dan Perekayasa berusaha mengembangkan solusi lanjutan untuk mengatasi masalah ini yang mengintegrasikan pelumas hemat bahan bakar, material rendah gesekan, dan teknologi pelapisan permukaan material untuk memperbaiki ekonomi bahan bakar kendaraan dengan tetap mempertahankan atau meningkatkan karakteristik ketahanan, keandalan dan emisi kendaraan. Fokus pengembangan bidang ini antara lain: 1). mengembangkan aditif pelumas canggih dan basefluids, bahan penguat pelumas, dan pelapis; 2). pengembangan tribofilm; dan 3). melakukan studi terus menerus tentang hubungan kinerja pelumas dengan kinerja motor bakar/ kendaraan [7].
1.3.5. Teknologi Thermal-Mekanikal
Manajemen Thermal memainkan peran penting dalam hampir semua aplikasi yang berhubungan dengan energi, termasuk pada mesin pembakaran dalam. Topik penelitian di bidang ini meliputi cairan yang melakukan fungsi pendinginan di mesin, bahan yang mentransmisikan energi, sensor yang memantau kondisi lingkungan dan bahan, proses, dan sistem untuk mengelola panas. Ini adalah bagian dari bidang yang lebih besar yang disebut penelitian thermal-mechanical. Ragam penelitian termo-mekanika antara lain meliputi: perpindahan panas satu dan dua fasa, sintesis nanomaterial, fluida kerja perpindahan panas, electronic cooling, penyimpanan energi termal, nano-electrofuel, sensor elektrokimia, bahan propulsi, dan struktur [8].
1.3.6. Pemodelan Energi untuk Kendaraan dan Sistem Transportasi
Selama beberapa dekade terakhir, ilmuwan dan peneliti berfokus pada sistem transportasi hemat energi. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi kendaraan menjadi semakin kompleks dengan diperkenalkannya konfigurasi powertrain baru (seperti kendaraan listrik), teknologi komponen baru (seperti transmisi dan mesin canggih) dan strategi pengendalian (eco-routing). Selain itu, dengan meningkatnya fokus pada konektivitas dan otomasi, orang tidak hanya dapat menganggap kendaraan sebagai elemen yang berdiri sendiri namun lebih fokus pada keseluruhan sistem transportasi karena banyaknya interaksi dengan kendaraan dan lingkungannya. Pemodelan sistem dan kelompok kontrol telah mengembangkan serangkaian alat dan proses terpadu untuk mengevaluasi secara cepat dan efisien dampak teknologi kendaraan dan transportasi maju dari sudut pandang mobilitas dan energi [9].
1.3.7. Interoperabilitas Grid-Vehicle
Kedepan, pengisian energi kendaraan salah satunya menggunakan stasiun pengisian bertenaga surya. Sebagai layanan kendaraan listrik plug-in (EVs), tantangan untuk mengelola interaksi transportasi-energi adalah dengan peningkatan jaringan listrik. Peneliti, laboratorium, industri, dan pemegang kebijakan berusaha memberikan dukungan untuk pengembangan teknologi baru dalam konektivitas grid, menjembatani kebutuhan produsen EV, dan perusahaan utilitas yang memasok listrik. Upaya penelitian dan pengembangan ini berfokus pada aplikasi praktis yang akan meningkatkan penerimaan pasar kendaraan plug-in, dan infrastruktur pengisian daya. Harapannya, tercapai harmonisasi global dan standar teknologi untuk interface EV-grid serta pengisian interoperabilitas untuk memastikan kendaraan listrik masa depan dan stasiun pengisian di seluruh dunia bekerja sama tanpa hambatan [10]. Gambar 1.2 berikut menyajikan beberapa aktivitas riset dan pengujian di Argonne National Laboratory yang diambil dari http://www.anl.gov/.
Gambar 1.2 Aktivitas riset energi dan kendaraan masa depan
(Sumber: Argonne National Laboratory)
Original source: Muji Setiyo & Suyitno, Teknologi Kendaraan Berbahan Bakar LPG
Referensi
[1] Jestec, Car-Doctor Operating Manual, 1st Editio. Gyeonggi-do, South Korea: JESTEC, Co, Ltd., 2006.
[2] Hyundai Training Support & Development, EMS & Troubleshooting. Hyundai Motor Company.
[3] Hyundai Training Support & Development, On Board Diagnosis – II. Hyundai Motor Company.
[4] Argonne National Laboratory, “Advanced Vehicle Technologies,” Energy Systems. [Online]. Available: http://www.anl.gov/energy-systems/group/advanced-vehicle-technologies. [Accessed: 04-Mar-2018].
[5] Argonne National Laboratory, “Energy, Power, and Decision Analytics,” Energy Systems. [Online]. Available: http://www.anl.gov/energy-systems/group/energy-power-and-decision-analytics. [Accessed: 04-Mar-2018].
[6] Argonne National Laboratory, “Engines and Fuels,” Energy Systems. [Online]. Available: http://www.anl.gov/energy-systems/group/engines-and-fuels. [Accessed: 04-Mar-2018].
[7] Argonne National Laboratory, “Friction, Wear, and Lubrication Technologies,” Energy Systems. [Online]. Available: http://www.anl.gov/energy-systems/group/friction-wear-and-lubrication-technologies. [Accessed: 04-Mar-2018].
[8] Argonne National Laboratory, “Thermal-Mechanical Technologies,” Energy Systems. [Online]. Available: http://www.anl.gov/energy-systems/group/thermal-mechanical-technologies. [Accessed: 04-Mar-2018].
[9] Argonne National Laboratory, “Transportation and Vehicle Energy Modeling,” Energy Systems. [Online]. Available: http://www.anl.gov/energy-systems/group/transportation-and-vehicle-energy-modeling. [Accessed: 04-Mar-2018].
[10] Argonne National Laboratory, “Vehicle-Grid Interoperability,” Energy Systems. [Online]. Available: http://www.anl.gov/energy-systems/group/vehicle-grid-interoperability. [Accessed: 04-Mar-2018].