Přístupnostní navigace
E-application
Search Search Close
Master's Thesis
Author of thesis: Ing. Pavel Kejík
Acad. year: 2025/2026
Supervisor: Ing. Václav Šimek
Reviewer: doc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.
This thesis presents the design and validation of a control system for a semi-active magnetorheological damper in the rear suspension of an e-bike. The proposed controller uses a gated recurrent unit (GRU) network, which determines the requested damper coil current from measured signals in each control-loop step. The network parameters are optimized in a simulation environment using OpenAI-ES. The work includes the design of the simulation environment, modeling of the MR damper and rear suspension dynamics, export of the trained model to firmware, and validation on an ESP32-S3 microcontroller. The controller is compared with the conventional skyhook strategy using metrics of ride comfort, tire contact stability, suspension travel, and control current behavior. The results show that the GRU controller enables a continuous adjustment of the trade-off between ride comfort and suspension travel utilization. In real riding experiments, the controller achieves lower frame acceleration, and therefore better ride comfort, than the reference skyhook controller. The largest improvement appears in situations with rider-induced forces acting on the bicycle frame.
semi-active suspension, magnetorheological damper, e-bike, GRU, OpenAI-ES, evolutionary strategies, ESP32-S3, embedded system, ride comfort
Date of defence
25.06.2026
Date of publish
24.06.2031
Result of the defence
Defended (thesis was successfully defended)
Grading
A
Process of defence
Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných, např. ohledně přístupu k ladění jízdních parametrů či počtu GRU jednotek. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A - výborně.
Topics for thesis defence
Language of thesis
Czech
Faculty
Fakulta informačních technologií
Department
Department of Computer Systems
Study programme
Information Technology and Artificial Intelligence (MITAI)
Specialization
Intelligent Devices (NIDE)
Composition of Committee
doc. Ing. František Zbořil, CSc. (předseda) doc. Ing. Vladimír Janoušek, Ph.D. (místopředseda) Ing. Martin Hrubý, Ph.D. (člen) Ing. Jaroslav Rozman, Ph.D. (člen) Dr. Ing. Petr Peringer (člen) Ing. Tomáš Goldmann, Ph.D. (člen)
Supervisor’s reportIng. Václav Šimek
V tomto případě se jednalo o velmi náročné zadání diplomové práce, k jehož zpracování student přistoupil velmi systematicky a zodpovědně. Dosažené výsledky překonávají stanovené požadavky a byly taktéž vyzkoušeny při reálném nasazení v praxi. Kromě toho práce získala i ocenění v rámci soutěže Excel@FIT 2026. Z pozice vedoucího projektu navrhuji souhrnné hodnocení stupněm A - výborně, 100 bodů. Současně v případě této diplomové práce dávám ke zvážení případné udělení vhodného ocenění.
Tato diplomová práce se zabývá využitím metod umělé inteligence pro účely optimalizace řídicího systému odpružení elektrokola na bázi magnetoreologického tlumiče. Koncepce magnetoreologického tlumiče představuje velmi inovativní přístup v oblasti terénní cyklistiky. Bezpochyby lze tedy říci, že zadání tohoto projektu cílí na aktuální a po poměrně náročný problém s perspektivou praktického využití dosažených výsledků.
Výchozím bodem zde bylo detailní nastudování podstaty činnosti magnetoreologického tlumiče a pochopení souvisejících fyzikálních náležitostí. Stranou pozornosti nezůstala ani analýza technického řešení samotné řídicí jednotky. Na základě zjištěných zkutečností byla navržena nová verze řídicího firmware využívající metod umělé inteligence.
Domnívám se, že s ohledem na komplexnost řešeného problému, fyzikální návaznosti a implikace pro reálnou funkčnost řídicího systému je možno zadání této diplomové práce klasifikovat bezesporu jako velmi náročné. I přesto se podařilo navrhnout novou podobu řídicího firmware na bázi metod umělé inteligence, které překováná výchozí řešení. Zadání tedy považuji za splněné, přičemž nad rámec požadavků došlo i k simplementaci simulačního prostředí.
Je možno říci, že dokončení realizačního výstupu i technické zprávy proběhlo v předstihu oproti stanovenému termínu. Díky tomu zbyl čas na dílčí doladění obslužného firmware a revizi technické zprávy před finálním odevzdáním.
Výsledky řešení projektu byly v rámci soutěže Excel@FIT 2026 oceněny odborným panelem i partnery z průmyslu.
V počátečním období řešení projektu byly studentovi uděleny základní pokyny ohledně vhodných informačních materiálů pro podporu řešení projektu. Převážnou část v práci uváděných zdrojů si aktivně dohledával ve vlastní režii. Jedná se převážně o odborné či výzkumné články a tematické monografie. S konzultováním finálního výběru literatury a využitím jednotlivých položek při řešení projektu jsem velmi spokojen.
V průběhu celého období řešení projektu byla komunikace se studentem na výborné úrovni. Pravidelně jsem byl informován o aktuáním stavu projektu. V rámci konzultací, ať už se mnou coby vedoucím práce či odborníkem z FSI VUT v Brně, student dokázal iniciativně navrhovat vlastní přístup k řešení většiny problémů a dílčích technických překážek.
Grade proposed by supervisor: A
Reviewer’s reportdoc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.
Student ve své práci předvedl komplexní dílo, při kterém ukázal, že je schopen nastudovat problematiku z jiných vědeckých oborů a využít na ni pokročilé techniky strojového učení, tvorby vestavěných systémů a řízení. Navržené řešení mi bylo studentem předvedeno a i bez větších zkušeností s celoodpruženými koly mohu říct, že algoritmus skutečně řídí odpružení a jízda byla komfortnější. Vzhledem ke komplexnosti práce, kvalitě textu i ocenění v rámci konference EXCEL@FIT navrhuji hodnocení stupněm A - výborně a doporučuji tuto práci k ocenění.
Evaluation level: zadání splněno a práce obsahuje podstatná rozšíření
Všechny body zadání jsou splněné. Navíc vidím významné rozšíření v tom, že se nejedná pouze o prototypové řešení, ale o systém, který je přímo připraven pro vyhodnocení a řeší velké množství detailů, jako jsou různé jízdní profily, zpracování dat ze senzorů i rozdíly mezi virtuálním a reálným prostředím.
Evaluation level: je v obvyklém rozmezí
Práce je na horní hraně rozsahu, nicméně každá část textu má smysl a autor dobře přibližuje problematiku.
Práce je logicky strukturovaná a kapitoly na sebe dobře navazují. Oceňuji zejména to, že se autor soustředil nejen na problémy řízení a programování, ale také detailně vysvětluje fyzikální chování tlumičů na kole, způsoby modelování a různé zjednodušené i komplexní modely. Tyto informace nejsou uvedeny jen jako úvod do problematiky, ale v rámci implementace se na ně autor odkazuje a využívá je ke zlepšení svého řešení.
Práce je psaná téměř bez chyb, jazykově je na vysoké úrovni.
Autor ve své práci využívá 53 různých zdrojů a inspiruje se akademickými i komerčními řešeními. Stejně tak fyzikální závislosti a předpoklady při řízení jsou vždy řádně podloženy literaturou. Literatura je řádně referencována.
Autor ve své práci vytvořil automatické řízení zadního tlumiče kola. Ačkoliv práce využívá existující řešení (realizace tlumiče z týmu na FSI, vlastní deska řízení byla navržena vedoucím práce), autor jednoznačně odděluje svůj přínos od převzatých částí a mohu konstatovat, že se jedná o velice komplexní dílo. Autor musel v simulačním prostředí vytvořit fyzikální modely, na kterých vytvořil datataset. Datasety pak využil pro trénování modelů strojového učení. Tyto modely tvořil tak, aby byly aplikovatelné v malých vestavěných systémech, a poté je úspěšně přenesl do procesoru ESP32. Otestoval celou řadu přístupů k řízení na bázi strojového učení a optimalizačních algoritmů a ukázal i cesty, které se na závěr ukázaly jako nevhodné pro tuto aplikaci. Systém pak vyhodnotil v reálném prostředí, doplnil i řídicí mobilní aplikaci pro ovládání a ukázal, že v některých případech navržený algoritmus funguje lépe než konvenční.
Výsledky jsou unikátní a jsou jednoznačně využitelné pro komericalizaci (v rámci spolupráce s výzkumným týmem z FSI)
Evaluation level: značně obtížné zadání
Zadání hodnotím jako značně obtížné, jelikož kombinuje několik témat - řízení reálných systémů, vytváření firmware pro vestavné zařízení, systémy umělé inteligence a také fyzikální modelování.
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.
Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová