Master's Thesis

Electric Drivetrain of a Heavy-Duty Truck with a Non-Synchronized Multi-Speed Transmission

Author of thesis: Ing. Andrej Šintaj

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Aleš Prokop, Ph.D.

Reviewer: Ing. Kamil Řehák, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis deals with a mathematical model of the electric powertrain of a heavy- duty truck equipped with a non-synchronized multi-speed transmission. The current types of powertrains used in such vehicles are presented and explained. The computational principles of mathematical models of powertrains of electric trucks and commercial vehicles are analyzed. Subsequently, the actual powertrain of an electric off-road heavy-duty truck is presented, which serves as the basis for the development of the mathematical model in this thesis. Based on the aforementioned parameters, a mathematical model is built and explained, which then calculates various operating conditions for the entire powertrain, together with the optimization of the transmission's shifting strategies. Finally, the shifting strategy optimizations are evaluated.

Keywords:

Heavy-duty Electric Truck, Powertrain, Mathematic Model, Non-Synchronized Automated Multi-Speed Transmission, Transmission System, Numerical Simulations

Date of defence

16.06.2026

Date of publish

15.06.2031

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Popište, jak probíhal proces optimalizace změny rychlostního stupně. zodpovězeno 2. Jakým způsobem by bylo možné model validovat pomocí experimentálních dat z reálného vozidla TATRA a které veličiny by bylo vhodné měřit? zodpovězeno 3. V práci je uvažována podélná dynamika vozidla. Jaké jevy by bylo nutné doplnit do modelu pro simulaci jízdy v náročném terénu s omezenou adhezí jednotlivých kol? zodpovězeno 4. Z jakého důvodu byl pro modelování využitý MATLAB Simulink? zodpovězeno 5. Testoval jste funkce generování modelů s pomocí AI? zodpovězeno 6. Je možné funkce modelu vozidla ve využitém programu možné přímo implementovat do řídicí jednotky vozidla? zodpovězeno 7. Z jakého důvodu docází ke kmitání závislosti rychlosti na čase (viz prezentace, obr. 19)? zodpovězeno 8. Kolik hřídelů má uvažovaná převodovka? zodpovězeno 9. Jak reaguje řídicí algoritmus převodovky v případě neúspěšného přesunití objímky? zodpovězeno 10. Jaká momentová charakteristika elektromotoru je v modelu využita? zodpovězeno 11. Jak byly zohledněny vlastnosti pneumatik ve vytvořeném modelu? zodpovězeno 12. Bylo by možné vytvořený model integrovat do modelu celého vozidla v prostředí Adams? částečně zodpovězeno

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Automotive Engineering

Study programme

Automotive and Material Handling Engineering (N-ADI-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. René Pyszko (místopředseda)
Ing. Jiří Navrátil, Ph.D. (člen)
Ing. Marek Bačovský (člen)
Ing. Marek Slovák (člen)
Ing. Rudolf Franz, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Aleš Prokop, Ph.D.

Diplomová práce pana Šintaje se zabývá problematikou elektrického pohonného traktu těžkého nákladního vozidla s nesynchronizovanou vícestupňovou převodovkou. Téma práce vzniklo ve spolupráci se společností Tatra Trucks a reflektuje současné trendy v oblasti elektrifikace těžkých užitkových vozidel.
Student při řešení práce postupoval systematicky a samostatně. Oceňuji proaktivní přístup při vyhledávání dostupných informací, kdy výrazná většina v oblasti nesynchronizovaných převodovek pro nákladní automobily není veřejně přístupná. Tyto informace byly kombinovány s metodami reverzního inženýrství pro dosažení ucelených vstupních dat, jež byla následně vhodně utříděna a využita při návrhu vlastního řešení.
V průběhu řešení student pravidelně konzultoval dosažené výsledky, na konzultace byl vždy kvalitně připraven a aktivně přicházel s vlastními návrhy řešení. Oceňuji jeho samostatnost při studiu odborné literatury i při implementaci jednotlivých částí matematického modelu. Zadané cíle práce byly splněny v plném rozsahu.
Práce je psána čtivou formou, bez výrazných gramatických chyb, po odborné stránce na velmi dobré úrovni a prokazuje schopnost studenta řešit komplexní technické úlohy s využitím moderních simulačních metod. Výsledky práce mají praktický význam a mohou sloužit jako podklad pro další vývoj řadicích strategií elektrických nákladních vozidel. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Kamil Řehák, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá problematikou matematického modelování elektrického pohonného traktu těžkého nákladního vozidla vybaveného nesynchronizovanou vícestupňovou převodovkou. Rešeršní část je tvořena především kapitolou 1 a je obsažena na 25 stranách. Věnuje se současným architekturám elektrických pohonných traktů a přístupům k matematickému modelování jednotlivých subsystémů. Autor využívá velké množství aktuálních zdrojů a představuje konkrétní řešení významných výrobců nákladních vozidel. Rešerše je technicky kvalitní, přehledná a poskytuje dostatečný základ pro navazující praktickou část. Určitou rezervu však spatřuji v kritickém porovnání jednotlivých koncepcí. V řadě případů jsou informace prezentovány spíše popisně a chybí hlubší rozbor výhod, nevýhod a důvodů použití jednotlivých řešení.
V praktické části je nejprve popsán reálný pohonný trakt vozidla sloužící jako podklad pro tvorbu modelu, následně je vytvořen detailní matematický model jednotlivých funkčních celků a realizovány simulace různých provozních režimů, kdy cílem je optimalizace řadicího procesu, konkrétně přizpůsobení provozních parametrů motoru s cílem co nejrychlejšího přesunu řadicí objímky. Oceňuji zejména systematický postup při tvorbě modelu převodového ústrojí, diferenciálů a logiky řazení, kdy jsou jednotlivé funkční celky principiálně validovány z hlediska správné funkce. Použité metody odpovídají charakteru řešené problematiky. Vhodně je využito jednorozměrného matematického modelu podélné dynamiky vozidla.
Práce je psána čtivou formou, text je přehledný, srozumitelný a logicky strukturovaný. Kvalita obrázků je na vysoké úrovni. Cíle práce byly splněny, práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Popište, jak probíhal proces optimalizace změny rychlostního stupně.
  2. V práci je uvažována podélná dynamika vozidla. Jaké jevy by bylo nutné doplnit do modelu pro simulaci jízdy v náročném terénu s omezenou adhezí jednotlivých kol?
  3. Jakým způsobem by bylo možné model validovat pomocí experimentálních dat z reálného vozidla TATRA a které veličiny by bylo vhodné měřit?

Grade proposed by reviewer: A

Reasons for publication postponement

Publication of the final thesis has been postponed in compliance with the provisions of Section 47b (4) of Act No. 111/1998 Coll., on the Higher Education Institutions and on amendments and supplements to other acts, as amended. The reason for postponing the publication is the fact that the  master’s thesis / its part - chapters 1, 2 , 3 contain a business secret of the company Tatra Trucks a.s. in the sense of the relevant provisions of Act no. 89/2012 Coll., of the Civil Code.

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová