Master's Thesis

System for Automated Electric Vehicle Control on a Chassis Dynamometer

Final Thesis 3.69 MB Appendix 3.17 MB

Author of thesis: Bc. Adam Dvořák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. David Svída, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis deals with the design and implementation of an electronic system for the automated control of an electric vehicle on a chassis dynamometer. The thesis specifically focuses on the Drive-by-wire concept and the emulation of the accelerator pedal signal using the digital SENT protocol. As part of the experimental work, communication in a Škoda Enyaq iV test vehicle was analysed and decoded. Subsequently, a custom hardware emulator based on the Raspberry Pi Pico 2 microcontroller was designed and constructed. Using hardware PIO blocks operating independently of the main program execution, the emulator ensures deterministic signal timing with microsecond time resolution. The entire control chain was successfully integrated with the supervisory MATLAB/Simulink environment via the CAN bus. The functionality of the system and the reliability of the proposed PI control with control action rate limiting were verified by tracking a reference speed profile and during steady-state operating conditions with constant tractive force on the chassis dynamometer.

Keywords:

automated control, electric vehicle, chassis dynamometer, Drive-by-wire, SENT protocol, Raspberry Pi Pico 2, CAN bus, PI controller, Simulink

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta. Dále odpovídal na otázky členů komise: Jakým způsobem je ošetřeno elektromagnetické rušení? Zodpovězeno Byly ověřovány hodnoty signálů v SENT? Zodpovězeno Co je za schématické značky v prezentovaném schématu? Zodpovězeno Byl řetězec vhodně diskretizovaný? Zodpovězeno Jak by byla řešena PID regulace pomocí CAN? Zodpovězeno Je tento systém možno použít pro homologační měření? Zodpovězeno Byla vytvořena statistika opakovatelnosti měření? Zodpovězeno Jak by bylo realizováno měření s pomocí lidského řidiče? Zodpovězeno Jak je měřen kick-down? Zodpovězeno Jaký byl použit postup při ladění PID regulátoru? Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Automotive Engineering

Study programme

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

Composition of Committee

prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Marek Bačovský (člen)
Ing. Petr Škara (člen)
Ing. Tomáš Heger (člen)

Supervisor’s report
Ing. David Svída, Ph.D.

Diplomová práce pana Adama Dvořáka se zabývá tvorbou systému pro automatizované řízení elektromobilu na válcové zkušebně.

Zadání práce vyžadovalo, aby autor obsáhl širokou problematiku autoelektroniky, automobilové diagnostiky, mikroelektroniky a programování. K řešení svého úkolu student přistoupil již od samého počátku s velkým zájmem a nadšením. Autora nijak nedemotivovalo zjištění, že hardwarové řešení ve vozidle bude muset být mnohem komplexnější, než se původně předpokládalo. V praxi to znamenalo, že namísto generování „prostého“ analogového signálu bylo nezbytné vytvořit systém schopný generovat dva synchronní digitální signály protokolu SENT.

Ve výsledku tak student musel navrhnout, fyzicky vyrobit a naprogramovat duální převodník ze sběrnice CAN na  sběrnici SENT. Samotné uživatelské rozhraní pro ovládání je realizováno v prostředí Matlab/Simulink. Funkčnost celého řešení pak autor spolehlivě ověřil během stovek testovacích kilometrů ujetých s experimentálním elektromobilem na válcovém dynamometru.

Během řešení své práce pracoval student samostatně, přičemž aktivně a efektivně využíval poskytnutých rad a konzultací. Tímto projektem plně prokázal, že je schopen úspěšně řešit komplexní inženýrské problémy.

Zadání bylo v plném rozsahu splněno, a předloženou práci proto doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá návrhem a realizací systému pro automatizované řízení elektromobilu na válcové zkušebně. Součástí práce je analýza komunikace akceleračního pedálu využívajícího protokol SENT, návrh vlastního hardwarového emulátoru, implementace řídicího systému a experimentální ověření na vozidle Škoda Enyaq iV.

Rešeršní část poskytuje přehled problematiky automobilových komunikačních protokolů, koncepce Drive-by-wire a funkční bezpečnosti. Použité zdroje jsou relevantní a vytvářejí vhodný základ pro návrh vlastního řešení. Některé pasáže mají však spíše popisný charakter a mohly být více zaměřeny na přímou vazbu k řešenému problému.

Student provedl analýzu protokolu SENT, navrhl vlastní emulátor založený na mikrokontroléru Raspberry Pi Pico 2 a integroval jej s prostředím MATLAB/Simulink prostřednictvím sběrnice CAN. Významný vlastní přínos spatřuji zejména v návrhu a realizaci funkčního hardwarového zařízení ověřeného na reálném vozidle.

Všechny cíle definované v zadání byly splněny. Byla provedena analýza komunikace plynového pedálu, navržen a realizován vlastní elektronický systém řízení i experimentální ověření funkčnosti na válcovém dynamometru. Určitou rezervu lze spatřovat v podrobnějším rozboru dlouhodobé spolehlivosti a bezpečnostních aspektů navrženého řešení. Určitou výhradu mám k architektuře řídicího systému, kde je regulační smyčka realizována v prostředí MATLAB/Simulink běžícím na hostitelském počítači a komunikace s vozidlem probíhá prostřednictvím sběrnice CAN. Takové řešení neposkytuje garantované deterministické časování a z pohledu návrhu řídicích systémů pro reálný provoz není považováno za plnohodnotné real-time řešení. Vhodné by bylo alespoň diskutovat vliv komunikačních zpoždění a možnosti implementace regulátoru přímo v cílovém embedded zařízení i s ohledem na problémy z hlediska ladění regulace.

Práce je přehledně strukturována. Grafická úroveň práce je velmi dobrá. V textu se vyskytují pouze drobné stylistické nedostatky, které nesnižují odbornou úroveň ani srozumitelnost práce.

Student během řešení práce prokázal schopnost samostatně řešit komplexní technický problém s přímou vazbou na automobilovou praxi. Ocenit lze zejména vlastní návrh hardwarového emulátoru, experimentální ověření na reálném vozidle a schopnost integrovat jednotlivé části systému do funkčního celku. Použití generativní AI je v práci transparentně uvedeno a dle deklarovaného rozsahu bylo využito pouze pro jazykové a stylistické úpravy textu. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Mohla by fungovat i logika s napětím 3,3 V pro SEND, přestože uvádí autor, že musel použít 5 V logiku, přestože je do obvodu připojena dioda, která sníží napětí ze zmíněných 5 V? Co tedy určuje, jestli se jedná o logickou 1 nebo 0 v elektrických obvodech?
  2. Proč byla volena tak velká pouzdra součástek navrženého DPS a jak to souvisí s proudovými smyčkami?
  3. Na Obr 37 vpravo je rozdíl mezi požadovaným signálem pedálu a sledovanou hodnotou pedálu, čím byl dán tento rozdíl?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová