Perpustakaan Digital ITB

Perkembangan teknologi kendaraan otonom dari tingkat otomatisasi Society of Automotive Engineers (SAE) Level 2 ke Level 3 menuntut perubahan sistem keselamatan yang signifikan. Pengemudi manusia beralih fungsi menjadi fallback-ready user yang hanya mengambil alih kendali saat sistem mengalami kegagalan. Pada platform Autonomous Driving System (ADS) yang dikembangkan oleh PT Riset AI bersama STEI ITB, mekanisme intervensi darurat yang ada masih mengandalkan tombol pemutus daya fisik yang memicu proses restart pada electronic control unit (ECU). Metode ini memiliki masalah ketidakstabilan distribusi daya dan menimbulkan latensi kendali yang berbahaya bagi keselamatan penumpang. Tugas akhir ini berfokus pada perancangan, implementasi, dan analisis dari subsistem throttle dan subsistem steering yang terintegrasi dengan kemampuan deteksi fault, transisi mode yang halus, serta mekanisme intervensi darurat berlatensi rendah untuk memenuhi standar keselamatan fungsional kendaraan otonom SAE Level 3. Secara fungsional dan perilaku, subsistem dirancang untuk beroperasi di Toyota Avanza dalam beberapa mode kendali, yaitu mode manual, mode otonom, serta mode transisi. Berdasarkan batasan waktu reaksi manusia yang bernilai rata-rata 238 ms, spesifikasi latensi untuk deteksi fault dan intervensi darurat harus berada di bawah nilai batas tersebut demi menjamin efektivitas kendali manual saat terjadi kondisi kritis. Transisi mode non-darurat dirancang untuk berjalan secara halus dengan rentang waktu respons antara 3 hingga 10 detik, mengikuti waktu yang dibutuhkan pengemudi untuk mengembalikan pandangan ke jalan (eyes-on-road) dan memosisikan tangan pada kemudi (physical takeover). Pada aspek antarmuka sistem, komunikasi data antara unit pengontrol utama (Master) dan kedua subsistem slave diimplementasikan menggunakan protokol CAN bus berkecepatan 500 kbps. Data perintah kendali dan status operasional dikirimkan melalui struktur ID CAN yang spesifik, seperti parameter mode, durasi transisi, perintah nilai throttle, perintah sudut kemudi, serta flag terjadinya fault maupun intervensi darurat. Arsitektur perangkat keras pada masing-masing slave menggunakan STM32 Blue Pill berbasis mikrokontroler STM32F103C8T6. Pergantian antara input pengemudi manusia dan perintah sistem otonom diatur menggunakan multiplexer analog CD4053B. Untuk mengubah output menjadi sinyal tegangan analog yang mulus bagi ECU mobil, diimplementasikan rangkaian Low Pass Filter (LPF) orde dua dengan topologi Sallen-Key menggunakan op-amp LMV324. Rangkaian filter ini memiliki settling time kurang dari 1 ms dan mampu menghasilkan redaman (attenuation) sebesar 54,5 dB. Sinyal keluaran diinterpolasikan secara linear untuk disesuaikan dengan karakteristik rentang tegangan sensor pedal gas dari Toyota Avanza (VCPA 0,8–2,5 V dan VCP2 1,6–3,3 V) serta kebutuhan tegangan diferensial pada sistem Electronic Power Steering (EPS). Deteksi fault fungsi throttle dipindahkan ke tingkat high-level dengan memantau kecepatan mobil selama 1 detik saat diberikan perintah akselerasi penuh. Pada subsistem kemudi, deteksi fault bekerja di tingkat slave menggunakan metode pemetaan decision region yang membandingkan torsi input dari EPS terhadap kecepatan sudut steering wheel yang terbaca oleh sensor potensiometer. Melalui perbandingan rasio linear tersebut, sistem dapat mengidentifikasi letak sumber fault secara spesifik, baik berupa kegagalan aktuator EPS maupun kesalahan pembacaan pada sensor steering wheel. Mekanisme intervensi juga menerapkan fungsi penggabung berupa fungsi nilai maksimum pada throttle, serta logika berbasis kuadran prioritas torsi pengemudi pada steering untuk membatalkan sistem high-level secara instan ketika pengendara memutar setir melebihi ambang batas darurat yang ditentukan (Emergency Intervention Zone). Hasil pengujian keseluruhan menunjukkan bahwa subsistem yang dibangun memenuhi seluruh parameter target yang telah direncanakan. Unit kendali high-level mampu mendeteksi fault pada fungsi throttle dalam durasi latensi 1000 ms. Pada pengujian kendali kemudi, deteksi kondisi fault pada unit EPS memiliki latensi respons sebesar 100 ms dengan tingkat deteksi sebesar 100% pada 34 kali skenario pengujian, memenuhi kriteria keandalan minimum 90%. Durasi operasional transisi mode terkendali dari kondisi manual ke otonom mencatatkan waktu sebesar 3007 ms, yang sesuai dengan spesifikasi 3 detik. Pengujian intervensi darurat menghasilkan latensi sebesar 215 ms, berada aman di bawah batas reaksi manusia sebesar 238 ms. Pengujian intervensi darurat melalui 78 kali uji true positive dan 100 kali uji false negative menghasilkan parameter recall dan specificity sebesar 100%, melampaui standar target awal keandalan sebesar 99%. Namun demikian, terdapat kendala yang sewaktu-waktu terjadi berupa hentakan pada kemudi otonom akibat tegangan sensor torsi bawaan EPS mobil yang dapat mencapai 5 V, melebihi jangkauan batas pembacaan ADC/DAC STM32 sebesar 3,3 V. Kendala ini dapat diselesaikan pada iterasi desain berikutnya dengan menambahkan pembagi tegangan, rangkaian penguat operasional eksternal, atau dengan menggunakan chip ADC/DAC eksternal yang mendukung tegangan kerja 5 V secara mandiri.