I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l   E ng ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   23 ,   No .   2 A u g u s t   2 0 2 1 ,   p p .   7 40 ~ 7 51   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 23 .i 2 . pp 7 40 - 7 51          740       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   dy na mic mo del  of elec tronic  wed g e brake: e x pe ri menta l,  co ntrol a nd op tim iza tion       M o hd   H a nif  Che  H a s a n 1 M o hd   K ha ir  H a s s a n 2 F a uzi A hm a d 3 ,   M o ha m ma d H a m iru ce   M a rha ba n 4 Sh a ril  I zwa n H a ris 5   1, 3 F a c u lt y   o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ic E n g i n e e rin g   Tec h n o l o g y ,   Un iv e rsiti   Tek n ik a l   M a lay sia   M e lak a   (UTe M ),   M a lay sia   2, 4 F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   U n iv e r siti   P u t ra   M a lay sia   (UPM ),   M a lay sia   3, 5 F a c u lt y   o f   M e c h a n ica E n g i n e e rin g ,   Un i v e rsiti   Tek n ik a l   M a lay si a   M e lak a   (UTe M ),   M a lay sia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   2 3 ,   2 0 2 1   R ev is ed   Ma y   1 8 ,   2 0 2 1   Acc ep ted   Ma y   1 9 ,   2 0 2 1       Th is p a p e d isc u ss e th e   p r o c e ss   o m o d e ll in g   a n d   p a ra m e ter  se lec ti o n   fo r   th e   c re a ti o n   o th e   e lec tro n ic  we d g e   b ra k e   sy ste m   (EW B).   Th e   sy ste m   in v o lv e a   p e rm a n e n m a g n e DC  e n g in e   (P M DC)  th a d ri v e th e   m o to r,   th e   g e a lea d sc re w,  a n d   th e   b ra k e   c o re .   Th e   p r o p o se d   m o d e is  sim p ler   a n d   m o re   flex ib le  w h ich   c a n   b e   u se d   i n   b o t h   t h e   m o st   we ll - k n o wn   EW B   d e s ig n s   e it h e r   n a tu ra o r   o p ti m ize d   EW B.   Th e   s e lec ti o n   o th e   m o t o is  re n d e re d   a c c o rd in g   to   th e   b ra k e   sp e c ifi c a ti o n s.  Th e   we d g e   a n g le  p r o fil e   is  c e n tr e d   o n   th e   d e r iv a ti o n   o f   EW B   sy ste m   t h a c o n sists   o f   b ra k e   a c tu a to r,   we d g e   m e c h a n ism   d y n a m ic,   a n d   we d g e   c h a ra c teristi c   b ra k e   fa c to r.   Co n tro l   a n d   o p ti m iza ti o n   a re   c a rried   o u wi th   s p e c ifi c   c o e fficie n ts  o fr ictio n   o f   th e   b ra k e   p a d t o   m a in tain   o p e ra ti n g   re li a b il it y .   5 t h - o r d e b ra k e   sim u lati o n   m o d e o th e   EW i n   a   sin g le  sta te - sp a c e   wa d e riv e d   a n d   a   sim u lati o n   wa c o n d u c ted   t o   v e rify   th e   d istri b u ti o n   o f o rc e .   Th e   e ffici e n c y   o t h e   b ra k e   c lam p in g   fo r c e   c o n tro l   sy ste m   wa a ss e ss e d   b y   p ro p o rt i o n a l - i n teg ra l - d e ri v a ti v e   ( P ID )   c o n tro l .   Th e   p e rfo rm a n c e   o f   th e   p ro p o se d   c o n tro ll e is  v e rifi e d   in   sim u l a ti o n a n d   e x p e rime n ts  u si n g   a   p ro t o t y p e   e le c tro n ic  we d g e   b ra k e .   Th e   re se a rc h   fi n d i n g s   in d ica te,  t h e   a c tu a to re strictio n   i d e e m e d   to   a c h iev e   c o n siste n p e rfo rm a n c e   a g a in st f u l ra n g e   b ra k i n g   d u rin g   t h e   EW c o n tro d e si g n .   K ey w o r d s :   B r ak e - by - wir e   E lectr o n ic  wed g b r ak e   E W B   m ath em atica l m o d el   Self   en er g ize  b r a k e   W ed g b r ak s y s tem   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h d   Han if   C h Hasan   Facu lty   o f   E lectr ical  an d   E l ec tr o n ic  E n g in ee r in g   T ec h n o lo g y   Un iv er s iti T ek n ik al  Ma lay s ia  Me lak a   7 6 1 0 0   Me lak a,   Ma lay s ia   E m ail: h an if . h asan @ u tem . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N     T h er is   clea r   tr en d   in   t h au to m o tiv in d u s tr y   to d a y   to war d s   p o wer - by - wir te ch n o lo g ies  d esig n ed   to   r ep lace   h y d r a u lic   o r   p n eu m atic  s y s tem s   with   co m p ar ab le   elec tr ically   p o we r ed   o n es.  R ec en tly ,   elec tr o n ic  wed g b r ak ( E W B )   r ec eiv ed   atten tio n   f o r   in tr o d u cin g   "b r a k - b y   - wir e"   s o lu ti o n s .   Var io u s   E W B   p r o to ty p es  wer f ir s in tr o d u ce d   b y   th e   Ger m an   ae r o s p a ce   ce n ter   ( eSto p ® - GM B H)   [ 1 ]   an d   a r wid ely   r ep o r ted   in   th liter atu r r ev ie w.   I b eg in s   f r o m   s in g le   m o t o r   [ 1 ]   to   a   d o u b le   m o to r   [2 ] [ 3]   an d   t h en   r etu r n s   to   s in g le   m o to r   [4 ] - [ 12]   t o   m ec h a n ically   m in im ize   th b ac k lash .   T h o p tim ized   E W B   v er s io n   was   in tr o d u ce d   to   in cr ea s E W B   b r a k ef f icien c y   [ 8 ] .   T o   th is   en d ,   th an g le  o f   th en g in e' s   ac tu atio n   d u r in g   th e   m ec h an ical  d esig n   s h o u ld   b s et  eq u al  t o   th an g le  o f   th co i l.  T o   th is   en d ,   th an g le  o f   th e   en g in e' s   ac tu atio n   d u r in g   th e   m ec h a n ical  d esig n   s h o u ld   b e   s et  eq u al   to   th a n g le  o f   th e   wed g e .   B ased   o n   th is   b asis ,   s ev er al   attem p ts   h av b ee n   m ad b y   r esear ch er s   b ased   o n   t h is   d esig n   co n ce p [5 ] [ 13 ] - [ 18] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       A   d yn a mic  mo d el  o f e lectro n ic   w ed g b r a ke :   ex p eri men ta l,  c o n tr o l a n d     ( Mo h d   Ha n if C h Ha s a n )   741   T h f in d i n g s   lar g ely   c o n f ir m   t h at  th u s o f   wed g i n   an   e lectr o m ec h an ical  b r ak m ec h a n is m   ca n   d r am atica lly   r ed u ce   th n ec ess ar y   ac tu atin g   f o r ce s   an d   th u s   allo th d e v elo p m e n o f   m u ch   m o r e   s o p h is ticated   s y s tem s   f o r   au to m o tiv ap p licatio n s .   Nev er th e less ,   f o r   th ap p licatio n ,   wh ic h   t h r eg u latio n   o f   th E W B   m ec h an is m ,   it   is   n o ted   th at  to   ac h iev th h i g h est  lev el  o f   f id elity   p r o tec tio n   th er is   s til a   s ig n if ican b ar r ier   an d   d o w n s id [ 1 9 ] .   So m e   o f   th o b tain ed   ex p er im e n tal  r esu lts   s u g g ested   s ev er al  d ela y s   in   th r esp o n s s ig n al  an d   d id   n o co m p l y   with   th r elate d   th eo r ies.  Up o n   a n aly s is ,   it  f o cu s es  o n   th less   ac cu r ate  p r ed ictio n   o f   th E W B   s y s tem   d u r in g   th e   m o d e llin g   p h ase,   t h s im p lific atio n ,   id ea lizatio n ,   an d   s im u latio n   m eth o d o lo g y   u s ed   d u r in g   b r a k s y s tem   m o d elli n g ,   an d   y et  it  is   cr itical  p iece   o f   in f o r m atio n   wh ich   d eter m in es  t h b r a k s y s tem   ' s   ca p ab ilit ies.  As  s tate d   in   [ 2 0 ] ,   o n o f   th k ey   f ac to r s   f o r   ac h iev in g   d esira b le  co n tr o ef f icien cy   is   th p r o v is io n   o f   an   ef f ec tiv e   s y s tem   m o d el   th at  ca n   ac cu r ately   s im u la te  th e   s y s tem ' s   d y n am ic  b eh av io u r .   T o   d ate,   th E W B   f r am ewo r k   h as  two   p o p u la r   m eth o d s   o f   d y n am ic  m o d ellin g ,   n am ely   p h y s ical  m o d ellin g   ( PM)   an d   s y s tem   id en tific atio n   ( SI)   m eth o d s .   T h ese  two   a p p r o ac h es  ar e   v er y   u s ef u l in   cr ea tin g   m ath em ati ca l m o d el  f o r   th e   u n it.   Ho wev er ,   th ese  m eth o d s   d o   h av a d v an tag es  a n d   d r awb a ck s .   T h e   SIM   tech n iq u ca n   g en er ate   s im u latio n s   o f   th ex ac t   r esp o n s es  th at  ar tr u to   t h s y s tem   m ec h an is m   [ 21] .   No n eth el ess ,   th is   m o d el  m ay   n o b a p p r o p r iate  f o r   o th e r   s y s tem s .   On   th o th er   h a n d ,   th d ev elo p ed   m o d el  m a y   b r eu s ed   f o r   o th e r   s y s tem s   with   th s am m ec h an is m   in   th e   ca s o f   PM  tec h n iq u es,  b u t   s o m ad j u s tm en o f   th p ar am eter s   ac co r d in g   t o   th m e ch a n is m   o f   d ev elo p m en is   n ee d e d .   I n   g en er al,   b ased   o n   PM  tech n i q u es,  th d y n am ic   E W B   m o d el  was  d er iv ed   f r o m   th o r d i n ar y   d i f f er en tial  eq u atio n   ( ODE )   b y   d iv id i n g   th e   en tire   E W B   s y s tem   in to   th r ee   s u b ass em b ly   p a r ts DC - m o to r ,   L ea d   Scr ew  an d   E W B - B r ak Hea r [8 ] [ 9 ] [ 11 ] [ 22] .   So ,   th ese  v alid ated   m o d els  ar a cc ep tab le,   an d   later   co n tr ib u te d   to   th e   u s o f   r esear ch e r s .   E v e n   s o ,   in   th ese  eq u atio n s ,   th er ar d is ad v an tag es  wh er e   th d er iv atio n s   h av n o en d e d   with   s tate - s p ac o r   tr an s f er   f u n ctio n ,   f o r m ,   an d   th u s   m ak it  less   r eliab le  to   u s f o r   co n tr o d esig n .   T h im p l em en tatio n   o f   f u ll  E W B   m o d el  b ased   o n   5   b y   5   s tate  s p ac r ep r esen tatio n   [ 2 2 ]   s u r m o u n te d   th ese  wea k n ess es.   I is   n o ted   th at  th E W B   m ec h an is m   co n tain s   n o n lin e ar ities   an d   v ar iab le  p ar a m eter s   in   its   co m p o n en ts   wh ich   ca n   also   af f ec s y s tem   p er f o r m an ce ,   s u ch   as  th ef f icien cy   o f   th l ea d   s cr ew  o r   r o ller   s cr ew  an d   th f r ictio n   co ef f ici en o f   th e   b r a k p ad .   T h e   ef f ic ien cy   o f   th r o ller   a n d   th lea d   s cr ew  will  d e p en d   o n   th tr an s latio n al  v ar iab le,   wh eth er   it  ac ts   a s   d r iv er   o r   g u id to   th r o tatin g   p ar t,   wh er ea s   th p ad 's   co ef f icien o f   f r ictio n   in cr ea s e s   p r o p o r tio n ally   to   t h p ad ' s   s u r f ac tem p e r atu r a n d   d ec r ea s es  th p r esen ce   o f   wate r   [ 2 3 ] [ 2 4 ]   an d   wate r   [ 2 5 ] .   Oth er wis th p ad   f r ictio n   also   h as  a   n o n lin ea r ity   o f   lo d is k   s p ee d   wh ich   ca n   b ex p r ess ed   with   th s ig m o id   f u n ctio n   [ 2 3 ] .   Nu m er o u s   r esear ch er s   h av tr ied   v ar iety   o f   m eth o d s   to   ad d r ess   th ese  p r o b lem s .   Ho w ev er ,   th d e f in itiv way   to   s o lv th is   p r o b lem   h as  y et  to   b f o u n d .   I n   o r d e r   to   co n tr ib u te  t o   th a d v an ce m e n o f   th E W B ,   co m p lete  m o d el  o f   a n   in teg r ate d   E W B   s y s tem   u s in g   th PM   m eth o d   h a s   b ee n   d ev elo p ed   i n   th is   s tu d y .   T h o b jectiv es  ar d er iv in g   m ath e m atica eq u atio n   f o r   PMDC  f o r   E W B ,   id en tify   th ef f ec o f   ac tu atio n   an g le,   ex p er im e n t ally   v alid ate  th m o d el,   an d   f in ally   p er f o r m e d   p er f o r m an ce   an al y s is   o f   th E W B   u s in g   PID   co n tr o ller .   T h er ar f o u r   s ec tio n s   in   th is   ar ticle.   T h f ir s s eg m en f o cu s es  o n   th im p lem en tatio n   o f   th E W B   an d   th r ev iew  o f   o th er   r elev a n wo r k .   T h c o m p lete  m ath e m atica m o d ellin g   o f   th o p ti m ized   E W B   i s   th en   d ef in ed ,   f o llo wed   b y   th d esig n   s ec tio n   f o r   th r eq u ir ed   g o al ,   en g in s elec tio n ,   an d   ex p er i m en tal  v alid atio n   o f   en g in an d   E W B   p ar am eter s .   T h PID   co n tr o ller - b ased   clam p in g   f o r ce   co n t r o ller   is   d esig n ed   to   s im u late  th e   m o d el  an d   th s im u latio n   r es u lt  is   ad d r ess ed .   PID   p ar a m e ter s   ar tu n ed   d ep e n d en o n   o p tim izatio n - b ased   tu n in g .   Fin ally ,   th co n clu s io n   an d   th p o ten tial w o r k   p lan   a r m ix ed   in   t h last   s ec tio n .       2.   M AT H E M AT I CA L   M O D E L   O F   E W B   I n   o r d er   to   d e v elo p   th e   E W B   ' s   s u itab le  m ath em atica m o d e llin g   a   clea r   u n d e r s tan d in g   o f   th E W B   p r o ce s s   is   r eq u i r ed   t o   p r o v i d b etter   in s ig h t.  T h d ev el o p m en t   o f   th E W B ' s   m ath em atica eq u atio n   is   p r o p o s ed   in   th is   s ec tio n   an d   will  b ex p lain ed   o n   th b asi s   o f   p h y s ical  m o d ellin g .   Su b d iv id in g   th b r ak e   s y s tem   in to   s ev er al  d if f er en ass em b lies   i s   u s ef u f o r   m o d e llin g   p u r p o s es.  T h ese  ca n   b i m p lem en ted   with in   th o v e r all  m o d el  as  s ep ar ate  s u b r o u tin es  o r   b lo ck s ,   as  s h o wn   in   Fig u r 1 .   T h e   b r ak m o d el  is   d iv i d ed   in t o   two   m ain   p ar ts ,   th b r ak ac t u ato r ,   an d   th h ea r t - b r a k m ec h an is m .   As  s h o wn   in   Fig u r 1 ,   T h b r a k ac tu ato r   co n s is ted   o f   two   co m p o n e n ts th DC   m o to r   an d   th r o ller   s cr ew.   T h DC   m o to r   ac tu ato r   is   u s ed   in   th is   s y s tem   to   m o v th in p u to r q u an d   f o r ce   th ce n tr e   b r a k th r o u g h   a   r o ller   s cr ew,   w h ich   tr an s f o r m s   th e   an g u lar   m o tio n   o f   th DC   m o t o r   in to   th e   ax ial  m o t io n   o f   t h co il in   th ce n tr o f   th b r ak e .   On   th o th er   h an d ,   th h ea r o f   t h b r ak e,   co n s is tin g   o f   wed g m ec h an is m ,   ca llip er ,   an d   b r ak p ad ,   m ay   h av d iag o n a l   m o tio n s ,   p r o v id in g   clam p i n g   f o r ce   to   th b r a k d is k .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  23 ,   No .   2 Au g u s t 2 0 2 1 7 40   -   7 51   742       Fig u r 1 .   E W B   Sch em atic  d iag r a m       2 . 1 .     B ra k a ct ua t o m o dellin g   T h is   wo r k   u s ed   th p e r m an e n d ir ec cu r r e n m ag n et  ( PM DC )   m o to r   as  th ac tu ato r .   T h PMDC   m o to r   is   b asically   m o d elled   b y   co n s id er in g   elec tr ical  an d   m ec h an ical  co m p o n e n ts .   Her ( J m )   is   m o to r   in e r tia,   ( K t )   co n s tan to r q u e ,   ( K e )   elec tr o m o tiv e   f o r ce   co n s tan t,  ( D m )   v is co u s   f r ictio n   m o to r   co n s tan an d   ( T l )   lo a d   to r q u e.   N o ted   th at,   th ( K t )   is   eq u al  to   ( K e )   if   th e r ar n o   e lectr o m ag n etic  lo s s es  in   th m o to r ,   th e r ef o r e   th elec tr ical  p o wer   d is s ip ated   f r o m   th E MF  b ac k   i n   th ar m at u r is   tr an s f er r ed   d ir ec tly   to   m e ch an ical  p o wer .   T h m ath em atica l e q u atio n s   o f   th PMDC m o to r   ar s h o w n   as f o llo ws.  Fo r   th ar m atu r ci r cu its :     ̇ = + 1   ( 1 )     b y   c o n s i d e r i n g   t h e   m e c h a n i c a l   l o a d ,   t h e   r o t a t i o n a l   a c c e l e r a t i o n   o f   t h e   D C   m o t o r   s h a f t   i s   d e s c r i b e d   a s :     ̇ = + 1   ( 2 )     h er th PMDC  m o to r   is   co n n ec ted   d ir ec tly   to   th b r ak m ec h an is m   u s in g   s in g le  lea d   s cr ew - ty p s tar t.  Af ter war d ,   th lead   s cr ew  a cc o m p an ied   b y   lo s s less   p lan etar y   r ed u ctio n   g ea r   is   attac h ed   to   th h e ar m ec h an is m   to   o b tain   th r e q u i r ed   ac tu atio n   f o r ce .   B ased   o n   Fig u r 1 ,   t h n ec ess ar y   m o to r   d r iv e   f o r ce   ( F m )   c an   b e   ca lcu lated   b y   tak i n g   in t o   ac co u n t   s ev er al  p ar am eter s   o f   th e   lead   s cr ew  s u ch   as  th e   s tead in ess   o f   th e   lead   s cr ew,   ( K a ) ,   th v is co u s   d am p in g   o f   lead   s cr ew,   ( D a ) ,   th e   r ed u cti o n   o f   th e   lead   s cr ew  g ea r   r atio ,   ( N a )   a n d   t h s cr ew  lead ,   ( L a ) .   T h lea d   s cr ew   p lay s   an   im p o r ta n r o le  in   tu r n in g   th e   en g i n a n g le,   ( θ m ) ,   en g in s p ee d   ( ω m ) ,   an d   en g in t o r q u s cr ew,   ( T screw in to   wed g p o s itio n ,   ( X w ) ,   we d g s p ee d ,   ( V w ) ,   an d   m o to r   f o r ce ,   ( F m ) .   R em em b er   th at  wh e n   v iewe d   f r o m   th m o to r   s id e,   th e   m o to r   to r q u s cr ew,   ( T screw )   is   an   en g in l o ad ,   ( T l ).   T h to r q u d eliv e r ed   to   th s cr ew  ca n   b e   r ep r esen ted   as  ( 3 ) ,   ass u m in g   th at  t h p lan etar y   r ed u ctio n   g ea r   m ass   is   v er y   lig h t   an d   th at  th g ea r   m ec h a n is m   is   less   f r ictio n al.   T h lead   s cr ew  o u t p u v alu e   is   b etwe en   0   to   1 .   T h is   m ain ly   d ep en d s   o n   th g eo m etr y   o f   th co n tact  s u r f ac es,  th eir   f in is h in g ,   an d   t h h elix   an g le  o f   th e   lead   s cr ew  th r ea d .   I t a ls o   d ep e n d s   u p o n   f u n ctio n al  co n d itio n s   s u ch   as lo ad ,   s p ee d ,   an d   lu b r icatio n .   Alth o u g h   a   lead   s cr ew  ' s   ef f icien cy   is   t r u m ea s u r e d   v alu e,   o b jectiv test in g   is   th e   b e s m eth o d   f o r   d ete r m in in g   th e   r esu lts .   B a s ed   o n   th ex p er i m en tal  wo r k   o f   th r esear ch e r   th o u tp u o f   th lead   s cr e u s ed   v ar ies  with in   ce r tain   to ler an ce s   f r o m   its   n o m in al  v alu [ 1 4 ] [ 2 6 ] .   An   ap p r o x im atio n   s u ch   as  s ettin g   co n s tan v alu at  th ef f icien cy   o f   th s cr ew  [ 2 7 ]   ca n   also   b e   m a d e,   th o u g h .   T h to r q u /   f o r ce   ef f icien cy   o f   th c o n s tan lead   s cr ew  is   s et  to   an   o p tim u m   v al u m ea s u r ed   at  0 . 6 5   f o r   th is   wo r k .      = 2  [ ( 2  ) + ( ̇ 2  ) ]   ( 3 )     = 2    ( 4 )     B y   s u b s titu tin g   ( 3 )   in to   ( 4 ) ,   th m o to r   f o r ce   ( Fm )   ca n   b e   d ef i n ed   as f o llo ws:     = ( 2  ) + ( ̇ 2  )   ( 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       A   d yn a mic  mo d el  o f e lectro n ic   w ed g b r a ke :   ex p eri men ta l,  c o n tr o l a n d     ( Mo h d   Ha n if C h Ha s a n )   743   2 . 2 .     Wedg m ec ha nis m   dy na m ic   C o n s id er   th E W B   with   th a n g le  o f   th m o to r   s h af t,  β   as  in   Fig u r 1 .   T h r elatio n s h ip   b etwe en   th wed g ac tu atio n   f o r ce s   ( F m ) ,   r ea ctio n   f o r ce s   ( F r ) ,   an d   cla m p in g   f o r ce s   ( F c )   to   th d is ar d er iv ed   b ased   o n   f o r ce   b ala n ce   as f o llo w:   T h d y n am ic  o f   wed g i n   x - d ir ec tio n :      +  = ̇   ( 6 )     B y   d iv id in g   with   tan   α ,   th e   n e f o r m   o f   ( 7 )   ca n   b d escr ib e d   as f o llo w:      =   +  ̇   ( 7 )     B esid es th at,   th d y n am ic  o f   a   wed g in   y - d ir ec tio n   s tated   as:      +  = ̇    ( 8 )     w h er M w   an d   V w   ar e   wed g e   m ass   an d   wed g v elo city   in   x - d ir ec tio n ,   r esp ec tiv ely .   Su b s t itu te  th ( 7 )   in to   ( 8 ) ,   th en   r ea r r a n g will b p r o d u ce d .     ̇ =  ( ) ( 2 + 1 ) +  (  +  ) ( 2 + 1 )   ( 9 )     Fro m   ( 9 ) ,   we  ar e   in ter ested   i n   s im p lify in g   th e   co m p lex   m u lti p lier   f o r m u la   o f   m o to r   f o r ce   ( F m )   wh ich   is   f u n ctio n   o f   th m o t o r   ac tu atio n   an g le  an d   th wed g an g le  f   ( β ,   α ) .   T o   ac h iev o p tim u m   m u ltip licatio n   o f   th b r a k f ac to r ,   th e   m o to r   s h af an g le   s h o u l d   h av t h s am an g le   as  th e   wed g e   an g le   in s tead   o f   a   ze r o   an g le   as o n   n o r m al  E W B .   Ass u m i n g   th two   a n g les ar eq u al,   th is   f u n ctio n   ca n   b s u m m a r ized   as f o llo ws ,     ( , ) =  +       ( , ) = 1      T h u s ,   th s im p lifie d   wed g d y n am ic  m o d el  ca n   b d escr ib ed   as:     ̇ = 1 ( 2 + 1 ) [ (  ) +   ]   ( 1 0 )     Me an wh ile,   th e   clam p in g   f o r ce   d ep e n d s   o n   t h ca llip er   s tiff n ess   ( K cal ) ,   wed g e   d is p lace m en t,  an d   wed g an g le.     =     ( 1 1 )     Su b s titu te  ( 1 1 )   in to   ( 1 2 )   th en   p r o d u ce ,     ̇ = [ ( ) ( 2 + 1 ) ] + [ 1 ( 2 + 1 )  ]   ( 1 2 )     W h er e:     = { 0   ,         ,              2 . 3 .     Wedg bra k f a ct o r   T h E W B   b r ak in g   f ac t o r   p lay s   an   im p o r tan t   r o le   in   en la r g in g   th e   r atio   o f   b r a k in g   f o r ce   v er s u s   ac tu ato r   f o r ce .   I n   co n t r ast  to   th co n v e n tio n al  b r ak in g   f ac t o r ,   th wed g e - b ased   b r ak e   s y s tem   will  in cr ea s s ev er al  tim es  th b r ak in g   f ac t o r   d u to   th s elf - en e r g i zin g   ef f ec t.  I n   s tead y   s tate  co n d iti o n ,   in   ( 1 0 )   ca n   b e   s im p lifie d   as f o llo ws:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  23 ,   No .   2 Au g u s t 2 0 2 1 7 40   -   7 51   744   (  ) +   = 0   ( 1 3 )     a   p air   o f   b r a k p ad s   in s talled   ea ch   wh ee d is k   g en e r ate  d o u b le  b r ak e   f o r ce .   T h u s ,   r elati o n   b etwe en   b r ak in g   f o r ce s   an d   clam p in g   f o r ce s   is   s ta ted   as ,     =  2   ( 1 4 )     Su b s titu tin g   ( 1 4 )   to   ( 1 3 ) ,   a n d   th en   r ea r r an g in g   th e q u atio n   will  p r o d u ce   wed g ch ar a cter is tic  b r ak f ac to r ,   C   * :     =   = 2 ( 1  )   ( 1 5 )     w h er e:     = { 0   ,        ,              B ased   o n   ( 1 5 ) ,   we  ca n   r ea lize  th at  alth o u g h   th e   ac tu ato r   an g le  ( β )   s h o u ld   b s et  e q u al   to   th wed g e   an g le  ( α )   to   o b tain   o p tim u m   a m p lific atio n   o f   th b r ak i n g   f a cto r ,   th am o u n o f   ad d itio n al  am p lific atio n   in   th E W B   v ar ies   ac co r d in g   to   th e   an g le  o f   th ac tu ato r .   T h a d d itio n al  am p lific atio n   v alu i n cr ea s as  an g le  o f   wed g in c r ea s e.   Fu r th e r m o r e ,   th ef f icien c y   o f   th p er s o n ali ze d   E W B   ca n   b ca lc u lated   u s in g   ( 1 5 ) .   B y   u s in g   th r ec o m m en d ed   wed g a n g le  s p ac in g   f o r   s tan d ar d   co e f f icien o f   f r ictio n   b r ak p ad s ,   wh ich   is   ap p r o x im ately   2 5   to   4 3   d e g r ee s   [ 2 8 ] ,   t h o p tim ize d   E W B   in cr ea s es  th b r ak i n g   f ac t o r   f r o m   1 0 . 3   to   3 6 . 7   p er ce n co m p ar ed   to   th n o r m al  E W B .   As  s h o wn   in   T ab le  1 ,   th e   ( 1 5 )   d e v elo p e d   to   r ep r esen th e   ch ar ac ter is tic  b r ak f ac to r   is   s im p ler   an d   s lig h tly   d if f er s   f r o m   o th er   r esear c h er s .   Ma n y   r esear ch er s   m u ltip ly   th eq u atio n   b y   two ,   as  ea ch   wh ee u s es  d o u b le  b r ak p a d .   T h r esear ch er s   s till   u n d er esti m ate  th wed g f r ictio n   co ef f icien t ( µ w )   b u t a r co n s id er ed   i n   [ 2 8 ] .       T ab le  1 .   B r ak f ac to r   f o r m u la  r ep r esen tatio n   b y   r esear ch e r s   S o u r c e   Eq u a t i o n   o f   c h a r a c t e r i st i c   b r a k e   f a c t o r   o f   o p t i mi z e d   EW B   Y e a r   2 0 0 7 ,   F o x   e t   a l .   [ 8 ] ,   Y e a r   2 0 1 3 ,   P a r k   e t   a l .   [ 2 9 ]   2 (  +  )   Y e a r   2 0 1 5 ,   S h i n   e t   a l .   [ 1 3 ]   ×  ( )    Y e a r   2 0 1 7,   W a n g   e t   a l .   [ 2 8 ]   2  ( ) +  +      Th i s   a r t i c l e   2 ( 1  )       2 . 4 .     P r o po s ed  co m plet E WB   m o del   T h en tire   E W B   m o d el  ca n   b e   o b tain e d   b y   c o m b in i n g   all   th m ath em atica d if f er en tial   eq u atio n s ,   as  d is cu s s ed   p r ev io u s ly   in   s ep ar ate  co m p o n en t.  T h e r ar 5   s tates  av ailab le,   wh ich   ar w ed g d is tan ce   ( X w ) ,   wed g v el o city   ( V w ) ,   m o to r   an g le  ( θ m ) ,   an g u lar   m o to r   v elo ci ty   ( ω m ) ,   an d   m o to r   cu r r en ( I m ) .   Su b s titu te  ( 5 )   f o r   th d y n a m ic  wed g f r o m   t h a x ial  lead   s cr ew  to   ( 1 2 ) .     ̇ = [ ( )  2 ( 2 + 1 ) ] + [ ( 2 + 1 )  2 ] + [ 2 ( 2 + 1 )  ] + [ 2 ( 2 + 1 )  ] ̇   ( 1 6 )     B y   s u b s t i t u t e   ( 3 )   f o r   l e a d   s c r ew  i n t o   ( 2 )   f r o m   P M DC   M o t o r   m e c h a n i c a l   e q u a ti o n ,   t h e n   r e a r r an g e   i t   a s ,     ̇ = [ 2  ] + [ 2  ] + [ ( ) 2 4 2 ] + [ ( ) 2 4 2 ] + [ ]   ( 1 7 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       A   d yn a mic  mo d el  o f e lectro n ic   w ed g b r a ke :   ex p eri men ta l,  c o n tr o l a n d     ( Mo h d   Ha n if C h Ha s a n )   745   T h ( 1 )   f r o m   PMDC Mo to r   elec tr ical   eq u atio n   ca n   b r ea r r a n g ed   as f o ll o w ,     ̇ = [ ] + [ ] + [ 1 ]   ( 1 8 )     T h co m p lete  E W B   ac tu ato r   m o d el  r ep r esen tin g   th co m b in atio n   o f   th en g in e,   th lead   s cr ew  with   th g ea r   a n d   t h E W B   ( b r ak e   h ea r t )   m ec h an is m   is   f in ally   d er iv ed   f r o m   t h is .   Fin al  d if f e r e n tial  ( 1 6 ) ,   ( 1 7 )   a n d   ( 1 8 )   m ay   b e   d ep icted   f o r   t h f o r m   in   th e   f if th - o r d e r   lin ea r   s t ate  s p ac e:     { ̇ =  +  =  +    = [ , , , , ] =   ( 1 9 )     = [             0 1 0 0 0 1 4 2 2 4 2 2 4 2 3 2 4 3 2 4 0 0 0 0 1 0 3 4 3 4 3 2 3 2 0 0 0 ]             , = [           0 0 0 0 1 ]           ,    = [          ( ) 0 0 0 0 ]           ( 2 0 )     w h er e   1 =  (  )   2 = (  2 + 1 )   3 = 2   4 =  ,     = { 0   ,              ,                     3.   M O DE L   VA L I DA T I O N   3 . 1 .     B ra k re qu irem ent   S e v e r a l   s p e c i f i c a ti o n s   w e r e   l aid   o u t   i n   t h is   s t u d y   t o   d e f i n e   t h e   o p t i m u m   b r a k i n g   f o r c e   i n   t h e   d e s i g n   o f   t h e   E W B .   T h e   o b j e c t i v e   i s   t o   d e v e l o p   a n   E W B   s y s t e m   f o r   t h e   u s e   o f   m e d i u m   s i z e d   p a s s e n g er   v e h i c l e s   i n   t h e   B - s e g m e n t   a s   i n   [ 3 0 ] .   T h e   e f f e c t iv e   b r a k i n g   f o r c e   g e n e r a t e d   b y   t h e   e l e c t r o n i c   w e d g e   b r a k e   d e p e n d s   p r i m a r i l y   o n   t h e   a n g l e   o f   t h e   w e d g e .   D e t e r m i n a t i o n   o f   t h e   o p t i m u m   w e d g e   a n g l e   i s   t h e r e f o r e   c r i t i c a l   in   t h e   d e s i g n   o f   t h e   e l e c t r o n i c   we d g e   b r a k e .   S i n c t h e   a n g l e   o f   t h e   w e d g e   d e p e n d s   o n   t h e   c o e f f i c i e n t   o f   f r i ct i o n   o f   t h e   b r a k e   p a d ,   p r i o r i t y   s h o u l d   b e   g i v e n   t o   s e le c t i n g   t h e   b r a k e   p a d .   T h e   a n g l e   o f   t h e   w e d g e   a n d   t h e   s e l ec t io n   o f   t h e   b r a k e   p a d   a r e   t w o   c r i t i c al   f a c t o r s   t o   p r o d u c e   a   h i g h e r   b r a k i n g   f o r c e   a n d   t o   a v o i d   t h e   p o s s i b i li t y   o f   t h e   w e d g e   s t i c k i n g .   T h e r e f o r e ,   i n   t h i s   s t u d y ,   a   b r a k e   p a d   t y p e   F F   ( S A E   C o d e )   w i th   a   f r i c t i o n   c o e f f i c i e n t   r a n g i n g   f r o m   0 . 3 5   t o   0 . 4 5   w a s   s e l e ct e d   f o r   u s e   i n   t h e   d e s i g n   o f   t h e   E W B .   B as e d   o n   t h e   c o e f f i c i e n t   o f   t h e   b r a k e   p a d ,   t h e   o p t i m i z a t i o n   w as  p e r f o r m e d   a n d   t h e   o p t i m u m   w e d g e   f o r   t h e   w e d g e   f u n c t i o n   wa s   f o u n d   t o   b e   2 4 . 5   d e g r e e s .   B y   s u b s titu tin g   th wed g e   a n g le  an d   th p ad   c o ef f icien t   v alu f o r   ( 1 5 ) ,   th b r ak e   f a cto r   o f   th s elec ted   wed g an g le  m a y   b e   test ed .   b r ak f ac t o r   o f   ar o u n d   7 . 2 7 6   ca n   b e   p r o d u ce d   with   p ad   co ef f icie n o f   0 . 3 5 .   I f   β   is   n o en ter ed   in   t h eq u atio n   ( n o r m al  E W B )   o n ly   6 . 6 2 1   will  b e   p r o d u ce d   f o r   t h s am p ar am eter   o th er wis e.   Self - r ein f o r ce m en t   at  th m ax im u m   v al u will  b at  f r ictio n   co e f f icien o f   0 . 4 5 ,   s o   n o   m o t o r   f o r ce   is   r eq u ir ed .   W h en   th p a d   co ef f icien t e x ce ed s   th is   v alu e,   h o wev er ,   it is   v er y   d if f icu lt to   co n tr o l,  b ec au s e   th b r ak f ac to r   is   v er y   h ig h .   I n   ad d itio n ,   it  is   ch ec k ed   u s in g   th s am eq u atio n   th at  o n ly   9 8 2 . 9 6   m o to r   p o wer   is   r eq u ir e d   to   p r o d u ce   a   m ax im u m   b r ak in g   f o r ce   o f   7 1 5 2   N.   I n   a d d i t i o n ,   t h e   n e c e s s a r y   e n g i n e   t o r q u e   c a n   b e   e x a m i n e d   b y   c o n s u m i n g   ( 4 ) .   H e r e ,   i t   i s   s e t   t h a t   L a   i s   3   m m ,   t h a t   η   i s   0 . 6 5 ,   a n d   t h a t   N a   i s   1 .   N o t e d ,   t h e   F m .   I t   i s   e q u i v a l e n t   t o   9 8 2 . 9 6   N ,   w h i c h   h a s   a l r e a d y   b e e n   c a l c u l a t e d .   T h e   t o r q u e   g e n e r a t e d   b y   t h i s   m e a s u r e m e n t   i s   0 . 7 2 2 0   N m .   O t h e r w i s e ,   ( 2 0 )   c a n   b e   u s e d   t o   o b t a i n   t h e   r e q u i r e d   e n g i n e   s p e e d .   T h i s   e q u a t i o n   a s s u m e s   t h a t   t h e   l o a d   g e n e r a t e d   b y   t h e   w e d g e   m o v e m e n t   i s   l i n e a r .      = 60   ( 2 0 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  23 ,   No .   2 Au g u s t 2 0 2 1 7 40   -   7 51   746   T h eq u atio n   as  th G w   is   wed g tr av ellin g   d is tan ce   at  t h av er ag b r ak in g   f o r ce   f r o m   th r est  p o s itio n   to   th e   m ax im u m   d is p lace m en t,  wh ich   is   th e   g o al  tim to   r ea ch .   T h e   d is tan ce   b etwe en   th e   p ad   an d   th e   d is k   is   s et  at  0 . 5   m m   ( g ap p i n g   m o d e ) ,   an d   th m ax im u m   d is p lace m en d u r in g   b r a k o p er atio n   is   0 . 5   m m   ( clam p in g   m o d e ) .   T h tar g et   t im f o r   ac h iev in g   m a x im u m   b r ak f o r ce   is   s et  at  0 . 2   s .   T h m ax im u m   en g in s p ee d   ac h iev ed   b y   th e   tar g et  R PM  is   2 1 9 . 4 3   R PM,   b ased   o n   t h ese  p ar am eter s .   E n g in s elec tio n   was  m ad e   b y   r ef er e n ce   to   th p ar a m eter s   ca lcu lated .   I is   d eter m in e d   th at  Xian g y i   E n ter p r is C o . ,   L td   ' s   DC   ca r b o n - b r u s h   e n g in m o d el  I G - 4 2 0 0 2 4 with   r ated   to r q u o f   0 . 9 8   NM   at  2 4 8   R PM  i s   s u itab le  f o r   d esig n   r eq u ir em en ts .   No ted   t h en g i n h ad   p o wer   r atin g   at  4 1 .   3   W   an d   ca n   v a r y   ac co r d in g   to   to r q u an d   s et  r p m .   T h is   ch o ice  o f   en g i n is   r atio n al  s in ce   ab o u 6 0 W   o f   in p u t p o wer   is   cu r r e n tly   u s ed   in   [ 2 7 ]   to   s to p   th e   v eh ic le  at  d em an d   o f   9 5 0   Nm ,   wh i le  an o th er   r esear c h er   is   u s in g   less   th an   5 0   W   to   s to p   2 0 0 0   k g   o f   th e   v eh icle  [ 7 ] .     3 . 2 .     Co ntr o ller  des ig n   T h E W B   co n tr o ller   is   p er f o r m ed   to   v er if y   s y s tem   p er f o r m an ce   b ased   o n   th r eq u ir e m en o f   tar g et  d esig n   an d   t o   e n s u r th e   ef f icien cy   o f   t h p r ev io u s   m o t o r   s elec tio n   p r o ce d u r e.   Usi n g   th e   MA T L AB   co n tr o l   s y s tem   d esig n er   to o l,  th e   pr o p o r tio n al - i n teg r al - d e r iv ativ ( PID )   tu n ed   g r a d ien t - d escen t - ac tiv e - s et  alg o r ith m   o p tim is atio n   m eth o d .   T h p r o p er   tu n in g   b ased   o n   SISO - Op tim izatio n   tech n iq u [ 3 1 ] [ 3 2 ]   is   u s ed   to   r ed u ce   r esp o n s tim to   th m i n im u m   l ev el.   T h o p tim izatio n   is   p er f o r m e d   b ased   o n   d esig n   r eq u ir em en d ep en d i n g   o n   an   o v er s h o o o f   5   p er   ce n t,  an   i n cr ea s o f   0 . 2   s ,   a n d   an   ac tu ato r   s atu r atio n   lim it  o f   0 . 0 0 1 2   f o r   th r e f er en ce   u n i s tep .   T h PMDC   en g in u s ed   r ec eiv es  an   in p u t   v o ltag o f   u p   to   1 2   V,   a n d   th m ax im u m   b r a k in g   f o r ce   at  ea ch   f r o n wh ee is   7 . 1 5 2   N.   T h u s ,   th m a x im u m   clam p in g   f o r ce   r eq u ir e d   b y   d i v id in g   it  with   t h b r a k p a d   c o ef f icien is   1 0 , 2 1 7   N.   T h ac tu at o r   s atu r atio n   s h a ll  b co n s id er e d   to   s u s tain   th e   b r ak e   f o r ce   co n tr o ller   o u tp u t   f r o m   t h m in im u m   to   th m ax im u m   b r a k in g   f o r ce   r eq u ir em e n ts   f o r   wid e   wo r k in g   en v el o p e.   Du to   th ex is tin g   co n s tr ain r u le  s o lu tio n   s et  d u r in g   o p t im is atio n ,   th d esig n   cr iter io n   was  r e - ad ju s ted   at  a n   o p tim u m   lev el .   B ased   o n   th is   an aly s is ,   th e   p ar am et er s   o f   th PID   co n tr o ller ,   wh ich   is   th e   p r o p o r tio n al  g ain ,   K P ,   ar o b ta in ed .   I t is 0 . 0 0 0 2 8 9 ,   i n teg r al  g ain ,   K I .   I t is 0 . 0 0 0 6 0 6 .   T h d er iv ativ g ain ,   K D .   I is   2 . 9 7   x   1 0 - 5 ,   an d   th tim c o n s tan t o f   th d er iv ativ f ir s t - o r d er   f ilter ,   T f .   I t is 0 . 0 3 2 5 .       4.   E XP E R I M E N T A L   VAL I D AT I O AN E W B   P ARA M E T E RS   Sin ce   all  6   DC   m o to r   p ar am eter s   ar n o d ir ec tly   in f o r m ed ,   th en g in p er f o r m a n ce   d u r in g   n o - l o a d   an d   th av er ag e   lo a d   av ailab le  o n   th d atash ee ar u s ed   as  g u id to   th en g in p ar am eter s   o b tain ed .   Ho wev er ,   b y   s o lv i n g   m o t o r   m ath em atica m o d ellin g   o n   ( 1 )   an d   ( 2 )   with   d atash ee in f o r m atio n ,   o n ly   4   p ar am eter s   ca n   b e   o b tain ed .   U s in g   th MA T L AB   s o f twar e,   t wo   o th e r   p a r a m eter s   ar e   o b tain ed ,   e n g in e   in er tia   an d   in d u ctan ce ,   b y   e v alu atin g   th p h y s ical  m o to r   v ia  s y s tem   id en tific atio n .   T h en g in en co d e r ' s   m o to r   lo ca tio n   s ig n al  is   co n n ec ted   to   th PC   v ia  th e   NI - PC I - 6 2 2 1   DAQ  ca r d .   T o   o b tain   tw o   ad d itio n al  m o to r   p ar am eter s ,   th a p p r o x im ate  tr an s f er   f u n ctio n   m o d el  o b ta in ed   is   th en   r ep lace d   with   a n o th er   4   a v ailab le  p ar am eter s .   B ased   o n   th ese   p ar am eter s   th e n g in e   ch ar ac te r is tics   g r ap h   is   p r o d u ce d   to   b v alid ated   with   th e   en g in d ata  s h ee t a s   in   Fig u r 2 .           Fig u r 2 .   PMDC  m o to r   c h ar ac ter is tics   b ased   o n   ex p er im en ta l d ata  an d   I G - 4 2 0 0 2 4 g r ap h   d atash ee t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       A   d yn a mic  mo d el  o f e lectro n ic   w ed g b r a ke :   ex p eri men ta l,  c o n tr o l a n d     ( Mo h d   Ha n if C h Ha s a n )   747   As illu s tr ated   in   Fig u r 2 .   T h p ar am eter s   o b tain ed   in   t h p r ev io u s   m eth o d   a r tr u b ec au s th tr en d   an d   th v alu o f   th g r a p h   o b t ain ed   ar id en tical  to   th tr en d   s h o wn   in   th d atash ee o f   th s u p p lier .   Sev er al   p ar am eter s   ar o b tain ed   to   tes th co m p lete  E W B   m o d el,   b ased   o n   p h y s ical  p ar am eter s   s u ch   as  s elec ted   DC   m o to r ,   b r a k p ad ,   a n d   wed g p ar am eter s ,   an d   o th e r s   tak en   f r o m   r esear ch   p ap e r s   as  m en tio n ed   in   th p r ev i o u s   d is cu s s io n .   B ec au s th E W B   p r o to ty p s till   u n d er   p r o d u ctio n ,   th o s s p ec if icatio n s   h av n o y et  b ee n   f in alize d .   T ab le  2   lis ts   all  p ar am eter s   u s ed   f o r   t h is   r esear ch .       T ab le  2 .   E W B   DC   ca r b o n - b r u s h   m o to r   m o d el  I G - 4 2 0 0 2 4 p ar am eter s   No   P a r a me t e r ,   S y m b o l   V a l u e   ( U n i t )   1   M o t o r   R e si s t a n c e ,     0 . 4 7 8 1     2   M o t o r   I n d u c t a n c e ,     0 . 0 2 3 0   H   3   El e c t r o mo t i v e   F o r c e   C o n s t a n t ,     0 . 0 1 5 8   N . m / A   4   To r q u e   c o n st a n t ,     0 . 0 1 5 6   N . m / A   5   M o t o r   mo me n t   i n e r t i a ,     7 . 0 9 4   x   1 0 - 3   K g . m 2 / s2   6   M o t o r   v i sc o u s fr i c t i o n   c o n st a n t ,     1 . 9 1 7 5   x   1 0 - 5   N . m . s   7   G e a r   R e d u c t i o n ,     1 / 2 4   8   A x i a l   s t i f f n e ss,     7 5 0 e 6   N / m   9   A x i a l   v i s c o u s   f r i c t i o n   c o n s t a n t ,     9 . 3 2 7 9   x   1 0 - 5   10   Le a d   S c r e w   e f f i c i e n c y ,     0 . 6 3   11   Le a d   S c r e w   P i t c h ,     3   mm   12   W e d g e   W e i g h t ,     0 . 3   K g   13   W e d g e   A n g l e ,     2 4 . 5   d e g r e e   14   M o t o r   a x i a l   a n g l e ,     2 4 . 5   d e g r e e   15   C a l l i p e r   st i f f n e ss ,     4 4 . 8 3 8 5   x   1 0 6   N / m   16   B r a k e   p a d   c o e f f i c i e n t ,     0 . 3 5       5.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h is   s tag is   d es ig n ed   to   en s u r en g in s elec tio n   an d   o th er   E W B   p ar am eter s   f o llo d esig n   r eq u ir em e n ts .   Fo r   th is   r ea s o n ,   th b r ak e   clam p in g   f o r ce   co n tr o s y s tem   is   d esig n ed .   s er ies  o f   test s   wer e   p er f o r m ed   to   in v esti g ate  th p er f o r m an ce   o f   th s y s tem   f o r   th en tire   o p e r atin g   en v elo p e,   i.e . ,   f r o m   lo to   m ax im u m   b r a k clam p in g   f o r c as  s h o wn   in   Fig u r 3 .   I s h o ws  th at  th d esig n ed   co n tr o ller   m et  th e   p er f o r m an ce   r e q u ir em e n ts   f o r   s er ies  o f   s tep   co m m a n d s .   T h m ain   k ey   to   co n s is ten cy   in   p er f o r m a n ce   is   d u e   to   th s atu r atio n   o f   th ac t u ato r   co n s id er atio n   d u r in g   s y s tem   d esig n .           Fig u r 3 .   PID   b ased   E W B   b r ak clam p in g   f o r ce   r esp o n s to   f o r ce   s tep   co m m an d s   o f   1 0 %,  2 0 %,  4 0 %,  6 0 %,  8 0 % a n d   1 0 0 % f r o m   m a x im u m   1 0 , 2 1 7   f o r ce   d em an d       T h in v esti g atio n   o f   d esig n ed   s y s tem   b eh av io u r   is   f u r t h er   ev alu ated   d u r in g   s tep   i n p u tr ac k in g   with   m ax im u m   clam p in g   f o r ce   o f   1 0 , 2 1 7   as in   Fig u r 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  23 ,   No .   2 Au g u s t 2 0 2 1 7 40   -   7 51   748   As  in   Fig u r 4 ( a) ,   at  m ax im u m   f o r ce   d em a n d ,   th o v er s h o o t,  r is tim a n d   s ettlin g   tim e   wer 5 . 0 8   p er   ce n t,  0 . 1 6   s ec o n d s ,   an d   0 . 7 0   s ec o n d s ,   r esp ec tiv ely ,   with   ze r o   s tead y   s tate  er r o r .   Me a n wh ile  th c o n tr o ller   wo r k in g   with in   a ctu ato r   lim it   as  s h o wn   in   Fig u r 4 ( a)   at  s ec o n d   ax es.  T h c o n tr o ller   o u tp u ac h ie v es  th d esig n   s p ec if icatio n   g o al  s et.   I h as  d em o n s tr ated   th ef f ec tiv en ess   o f   th en g in s elec tio n   m eth o d   u s ed   ea r lier .   Fig u r 4 ( b )   s h o ws  th a th wed g p o s itio n   at  m ax im u m   d is p lace m en o f   0 . 5   m m   at  th m ax im u m   b r ak clam p i n g   f o r ce   an d   th s m all  b it  v ib r atio n   o cc u r s   at  t h wed g b e f o r t h wed g is   s ettled .   T h en g in e   an g u lar   v elo city   p ea k   v alu e   i s   also   1 6 0 . 9   r a d /s ,   wh ich   is   f ar   f r o m   a   m ax im u m   en g in s p ee d   o f   7 3 3   r ad /s .   Fu r th er m o r e ,   an o th e r   3   s tates  o f   th E W B   m o d el  th at  r ep r e s en PMDC  m o to r   b eh av io u r   d u r in g   cl o s ed - lo o p   f o r   m a x im u m   b r ak in g   d em a n d   ar o b s er v e d   an d   s h o wn   in   Fig u r 5 .           ( a)   ( b )     Fig u r 4 .   Sy s tem   b e h av io u r   at  m ax im u m   d em an d ;   ( a)   clam p i n g   f o r ce   an d   ac tu ato r   e f f o r t   an d   ( b )   we d g p o s itio n   an d   s p ee d   s tates r esp o n s es       As  Fig u r 5 ( a) ,   th wed g an d   m o to r   r ea ctio n   ar alm o s s im ilar   p atter n   f o r   b o th   p o s itio n   an d   s p ee d   an d   ca n   b f u r t h er   in v e s tig ated .   T h ac tu ato r   cu r r en p r esen is   9 . 5   A,   as  in   Fig u r 5 ( b )   ju s b elo th e   en g in lev el.   No te  th at  th is   s im u latio n   d o es  n o in clu d tr a v el  tim f r o m   th b r a k p ad   r esti n g   s tate  u n til  th e   p ad   an d   d is m ee t e ac h   o th er .           ( a)   ( b )     Fig u r 5 .   PMDC  m o to r   b eh av i o u r   at  m a x im u m   d em an d ;   ( a)   Mo to r   an g le   an d   a n g u lar   s p ee d   s tates r esp o n s es   an d   ( b )   m o t o r   cu r r en t state  r esp o n s e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       A   d yn a mic  mo d el  o f e lectro n ic   w ed g b r a ke :   ex p eri men ta l,  c o n tr o l a n d     ( Mo h d   Ha n if C h Ha s a n )   749   6.   CO NCLU SI O N   T h m ath em atica eq u atio n s   f o r   th co m p lete  E W B   m o d el  h av b ee n   p r o d u ce d   a n d   o p tim ized .   T h e   m o d el  is   m o r e   co m p ac an d   s im p ler   co m p ar e d   to   t h v a r io u s   v er s io n s   o f   E W B   th at  r e s ea r ch er s   h av u s ed   b ef o r e.   Mo r e o v er ,   it  is   v er y   f l ex ib le  s o   t h at  it  ca n   b e   ap p lied   to   b o th   well - k n o wn   d esig n s   wh ich   ar e   ac tiv ated   an d   o p tim ized   ac tiv atio n   v er s io n s .   T h ac tiv atio n   an g le  ef f e ct  is   id en tifie d   w h er th E W B   b r ak f ac to r   ca n   r ea ch   u p   to   3 6 . 7   p e r   ce n d e p en d in g   o n   th e   s elec tio n   o f   t h e   b r a k p ad s   an d   wed g a n g le   d esig n .   T h PMDC   d r iv m o d el  u s ed   in   p r o d u cin g   an   E W B   h as  b ee n   ex p er im e n tally   v alid ated   with   r esu lts   th at  ar v er y   s im ilar   to   th e   p er f o r m a n ce   d atash ee ts   f r o m   th e   m an u f ac tu r er .   Pe r f o r m a n ce   a n aly s is   f o r   th e   d esig n ed   E W B   was  p er f o r m ed   u s in g   PID   c o n t r o ller .   T h r esu lts   s h o th at   th d esig n ed   m o d el  ca n   p er f o r m   v e r y   well  in   ac co r d an ce   with   t h r eq u ir em en ts   o f   th s y s tem .       ACK NO WL E DG E M E NT S   T h au th o r s   wo u ld   lik to   th a n k   Un iv er s iti  T ek n ik al  Ma lay s ia  Me lak ( UT eM )   f o r   th S h o r T er m   R esear ch   Un iv er s ity   Gr an P J P/2 0 2 0 /FKM/PP / S0 1 7 8 3 ,   an d   th Facu lty   o f   E n g in ee r in g ,   Un iv er s iti  Pu tr Ma lay s ia  ( UPM)   f o r   p r o v id in g   th f ac ilit ies an d   co n d u civ e   lear n in g   e n v ir o n m en t in   co n d u ctin g   th r esear ch .       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ha rtma n n ,   H.,   S c h a u tt ,   M . ,   P a sc u c c i,   A.,   a n d   G o m b e rt,   B. ,   " e Br a k e   ®    Th e   M e c h a tro n ic  We d g e   Bra k e , "   S AE   T e c h n ica Pa p e r ,   p p .   2 1 4 6 - 2 1 5 1 ,   2 0 0 2 ,   d o i:   1 0 . 4 2 7 1 / 2 0 0 2 - 01 - 2 5 8 2 .   [2 ]   Ro b e rts,   R. ,   G o m b e rt,   B. ,   Ha rtma n n ,   H.,   Lan g e ,   D. ,   a n d   S c h a u tt ,   M .   " Tes ti n g   t h e   m e c h a tro n ic  we d g e   b ra k e , "   S AE   T e c h n ica Pa p e r ,   v o l.   1 ,   n o .   7 2 4 ,   2 0 04 .   d o i:   1 0 . 4 2 7 1 / 2 0 0 4 - 01 - 2 7 6 6 .   [3 ]   Ho ,   L.   M . ,   Ro b e rts,   R. ,   Ha r tma n n ,   H.,   a n d   G o m b e rt,   B. ,   " Th e   El e c tro n ic  Wed g e   Bra k e   -   EW B, "   S AE   T e c h n ica l   Pa p e r n o .   2 0 0 6 - 01 3 1 9 6 ,   2 0 0 6 ,   d o i:   1 0 . 4 2 7 1 /2 0 0 6 - 01 - 3 1 9 6 .   [4 ]   Kim ,   J.  G . ,   Kim ,   M .   J.,   Kim ,   J.   K.,   a n d   N o h ,   K.   H. ,   " De v e lo p i n g   o f   El e c tro n ic  We d g e   Bra k e   wit h   Cro ss   Wed g e , "   S AE   T e c h n ica l   Pa p e r n o .   2 0 0 9 - 01 0 8 5 6 ,   2 0 0 9 ,   d o i:   1 0 . 4 2 7 1 /2 0 0 9 - 01 - 0 8 5 6 .   [5 ]   G h a jari,   A.   a n d   Ka z e m i,   R. ,   " A   Ne Ap p ro a c h   t o   t h e   El e c tro n ic  Wed g e   Bra k e , "   S A T e c h n ica P a p e r n o .   2 0 1 2 - 01 1 8 0 1 ,   2 0 1 2 ,   d o i:   1 0 . 4 2 7 1 / 2 0 1 2 - 01 - 1 8 0 1 .   [6 ]   Ab d .   Ra h m a n ,   M .   L.   H.,   Hu d h a ,   K. ,   Ah m a d ,   F . ,   a n d   Ja m a lu d d i n ,   H. ,   " De sig n   a n d   c lam p in g   fo rc e   m o d e ll i n g   o f   e lec tro n ic  we d g e   b ra k e   sy ste m   f o a u to m o ti v e   a p p li c a ti o n , "   I n ter n a ti o n a l   J o u r n a l   o Ve h icle   S y st e ms   M o d e l li n g   a n d   T e stin g ,   v o l.   8 ,   n o .   2 ,   p p .   1 4 5 - 1 5 6 ,   2 0 1 3 ,   d o i:   1 0 . 1 5 0 4 /IJVS M T. 2 0 1 3 . 0 5 4 4 7 8 .   [7 ]   S e m se y ,   Á.   a n d   Ro b e rts,   R . ,   " S i m u latio n   i n   th e   De v e l o p m e n t   o f   th e   El e c tro n ic  We d g e   Bra k e , "   S AE   T e c h n ic a l   Pa p e r n o .   2 0 0 6 - 01 0 2 9 8 ,   2 0 0 6 ,   d o i:   1 0 . 4 2 7 1 /2 0 0 6 - 01 - 0 2 9 8 .   [8 ]   F o x ,   J. ,   Ro b e rts,   R. ,   Ba ier - Welt,   C. ,   Ho ,   L.   M . ,   Lac ra ru ,   L. ,   a n d   G o m b e rt,   B. ,   " M o d e li n g   a n d   Co n tro o a   S in g l e   M o to r   El e c tro n ic W e d g e   Bra k e , "   S AE   T e c h n ica l   Pa p e r n o .   2 0 0 7 - 01 0 8 6 6 ,   2 0 0 7 ,   d o i:   1 0 . 4 2 7 1 /2 0 0 7 - 01 - 0 8 6 6 .   [9 ]   Ema m ,   M .   A.  A.,   Ema m ,   A.  S . ,   El - De m e rd a sh ,   S .   M . ,   M .   S h a b a n ,   a n d   S . ,   M a h m o u d ,   M .   A.,   " P e rfo rm a n c e   o Au to m o ti v e   S e lf  Re i n fo rc e m e n Bra k e   S y ste m , "   J o u rn a o M e c h a n ica E n g in e e rin g ,   v o l.   1 ,   n o .   1 ,   p p .   4 - 10 ,   2 0 1 2 .   [1 0 ]   Ch e o n ,   J. ,   " S i n g le  M o to E lec tro n ic  Wed g e   Bra k e   S y ste m   Lo c k i n g   P a rk in g   F o rc e , "   U S P a ten t   DE   10   2 0 0 7   0 5 3   922   A1 ,   Ap r.   0 2 ,   2 0 1 2 .   [1 1 ]   Jo ,   C. - H.,   Lee ,   S . - M . ,   S o n g ,   H. - L. ,   Ch o ,   Y. - S . ,   Kim ,   I. ,   H y u n ,   D . - Y.,   a n d   Kim ,   H. - S . ,   " De sig n   a n d   c o n tr o o a n   u p p e r - we d g e - ty p e   e lec tro n ic  b ra k e , "   Pro c e e d in g o f   th e   In st it u ti o n   o f   M e c h a n ica l   En g i n e e rs ,   Pa rt  D:  J o u rn a l   o f   Au to m o b il e   En g in e e rin g ,   v o l .   2 2 4 ,   n o .   1 1 ,   2 0 1 0 ,   p p .   1 3 9 3 - 1 4 0 5 ,   d o i :   1 0 . 1 2 4 3 /0 9 5 4 4 0 7 0 JA UTO1 2 6 8   [1 2 ]   Yu ,   L. ,   Ch a n g ,   J.,   a n d   Z h e n g ,   S . ,   " P ro o f - of - C o n c e p t   De sig n   o f   El e c tro n ic  Wed g e   Bra k e   wi th   M u lt i - R o ll e rs, "   Pro c e e d in g s   o f   th e   AS M E   2 0 1 7   In ter n a ti o n a De sig n   E n g in e e rin g   T e c h n ic a C o n fer e n c e a n d   Co mp u ter a n d   In fo rm a t io n   i n   E n g i n e e rin g   Co n f e re n c e   IDET C/CIE   2 0 1 7 ,   Am e rica n   S o c iet y   o M e c h a n ica En g in e e rs,  Oh io ,   2 0 1 7 d o i:   1 0 . 1 1 1 5 /DET C 2 0 1 7 - 6 8 1 0 3 .   [1 3 ]   S h in ,   D.   H.,   Lee ,   S . ,   Je o n g ,   C .   P . ,   Kw o n ,   O.  S . ,   P a rk ,   T.   S . ,   Ji n ,   S .   H.,   Ba n ,   D.  H. ,   a n d   Ya n g ,   S .   H,   " An a l y ti c   a p p ro a c h e f o k e e p in g   h i g h   b ra k in g   e fficie n c y   a n d   c lam p i n g   e ff icie n c y   o e lec tro   we d g e   b ra k e s, "   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o f   Pre c isio n   En g i n e e rin g   a n d   M a n u f a c tu ri n g ,   v o l.   1 6 ,   n o .   7 ,   p p .   1 6 0 9 - 1 6 1 5 ,   2 0 1 5 ,     d o i:   1 0 . 1 0 0 7 /s1 2 5 4 1 - 0 1 5 - 0 2 1 1 - 1 .   [1 4 ]   Ha n ,   K.,   Hu h ,   K. ,   Ch u n ,   J.,   Kim ,   M . ,   a n d   Kim ,   J. ,   " De sig n   Of  Ha rd wa re   Arc h it e c tu re   An d   C o n tro l   Alg o ri th m   F o r   Th e   El e c tro n ic  We d g e   Bra k e , "   Pro c e e d in g o t h e   A S M 2 0 1 0   Dy n a mic   S y ste ms   a n d   C o n t ro Co n fer e n c e   DS CC2 0 1 0 ,   ASM E ,   Ca m b rid g e ,   M a ss a c h u se tt s,  USA,   2 0 1 0 ,   p p .   1 - 6 ,   d o i:   1 0 . 1 1 1 5 /DS CC 2 0 1 0 - 4 1 1 5   [1 5 ]   Ch e o n ,   J.   S . ,   " Bra k e   By   Wi re   S y ste m   Co n fi g u ra ti o n   a n d   F u n c ti o n u sin g   F ro n EW ( El e c tri c   We d g e   Bra k e )   a n d   Re a EM (E lec tro - M e c h a n ic a Bra k e Ac tu a t o rs, "   S AE   T e c h n ica l   P a p e r no 2 0 1 0 - 01 1 7 0 8 .   2 0 1 0   d o i:   1 0 . 4 2 7 1 /2 0 1 0 - 01 - 1 7 0 8 .   [1 6 ]   G o m b e r t,   B.   D.  M . ,   S c h a u tt ,   M . ,   a n d   Ro b e rts,   R.   P . ,   " Th e   De v e lo p m e n t   o f   Altern a ti v e   Bra k e   S y ste m s, "   En c y c lo p e d i a   o Au t o mo ti v e   E n g i n e e rin g C h ich e ste r,   UK Jo h n   Wi ley   &   S o n s,  Lt d ,   p p .   1 - 11 2 0 1 4 ,     d o i:   1 0 . 1 0 0 2 /9 7 8 1 1 1 8 3 5 4 1 7 9 . a u t o 0 2 5 .   [1 7 ]   S h in ,   D.   H.   a n d   An ,   J.   N. ,   " S tu d y   o S ti ffn e ss   De sig n   o f   Ca li p e fo Re d u c in g   t h e   Wei g h t   o a n   El e c tro   Wed g e   Bra k e , "   Ap p li e d   M e c h a n ics   a n d   M a ter ia ls ,   v o l.   1 3 8 - 1 3 9 ,   p p .   1 5 9 - 16 2 ,   2 0 1 1 ,     d o i:   1 0 . 4 0 2 8 /www . sc ien ti fic. n e t/ AMM . 1 3 8 - 1 3 9 . 1 5 9 .   [1 8 ]   S a id   Jn e id ,   M .   a n d   Jo u k h a d a r,   A.,   " LQR - Ba se d   Co n tr o o a   S in g le  M o to E lec tro n ic  Wed g e   Bra k e   EW fo r   Au to m o ti v e   Bra k e - By - Wi re   S y st e m , "   S o f Co m p u ti n g   a n d   El e c trica E n g i n e e rin g ,   v o l.   1 ,   n o .   1 ,   p p .   1 2 - 35 2 0 1 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.