Bachelor's Thesis

Vehicle Dynamics Measuring Device Design

Final Thesis 1.98 MB Appendix 3.88 MB

Author of thesis: Bc. Jiří Jan Šulc

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Repka, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Fojtášek, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the design and implementation of a functional prototype of a low-cost inertial measurement unit (IMU) intended for sensing the driving dynamics of a passenger vehicle. The work aims to develop a device suitable for mass deployment in a fleet of test vehicles, where the acquisition of standard industrial measuring equipment would be economically inefficient. The theoretical part addresses the principles of MEMS accelerometers and gyroscopes, the characterization of their errors, and methods of digital signal processing. In the practical part, the design of hardware based on the Arduino UNO R3 platform with an MPU6050 inertial sensor, a microSD memory card, and a Nextion touch display is described. Firmware was developed for the control unit, ensuring data sampling at 50 Hz, two-phase calibration to compensate for bias, digital signal filtering, and data logging in CSV format. The functionality of the device was verified by experimental measurement in a vehicle and by comparison with a reference system. The resulting device has a component cost of approximately 800 CZK.

Keywords:

vehicle driving dynamics, inertial measurement unit, MEMS accelerometer, MEMS gyroscope, MPU6050, Arduino, sensor calibration, digital filtering, data logging

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil komisi s výsledky své bakalářské práce a odpověděl na otázky oponenta. Následovala diskuze k závěrečné práci a otázky komise: Zajištění stejné orientace vytvořeného a referenčního systému. Bias u měření. Zpracování signálu. Jaká byla vzorkovací frekvence. Student odpověděl na všechny otázky ke spokojenosti komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Automation and Computer Science

Study programme

Engineering (B-STR-P)

Specialization

Applied Computer Science and Control (AIŘ)

Composition of Committee

doc. Ing. Lukáš Novotný, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Miloš Hammer, CSc. (místopředseda)
Ing. et Ing. Stanislav Lang, Ph.D. (člen)
Mgr. Jan Faltýnek, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Lošák, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Kšica, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ivan Švarc, CSc. (člen)
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D. (člen)
Ing. Luděk Janák (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Repka, Ph.D.

Predložená bakalárska práca pána Šulca sa zameriava na návrh, realizáciu a experimentálne overenie nízkonákladového zariadenia na meranie jazdnej dynamiky vozidla. Študent pracoval na vypracovaní práce prevažne samostatne. Práca je spracovaná logicky a prehľadne. Autor navrhol a realizoval funkčný prototyp meracieho zariadenia založený na platforme Arduino Uno R3 v kombinácii so senzorom MPU6050. Zariadenie je doplnené o dotykový displej a záznam dát na SD kartu. Toto navrhnuté riešenie spĺňa požiadavky kladené v zadaní práce.

K realizácii funkčného prototypu je možné uviesť niekoľko pripomienok. V texte práce sa vyskytuje nejednotnosť v označovaní niektorých veličín (napr. a_horiz a acc_horizontalni). Pri spracovaní nameraných dát bola použitá manuálna synchronizácia signálov. Počas experimentálneho merania boli síce snímané uhlové rýchlosti klonenia a klopenia, avšak v pôvodnej verzii firmware neboli tieto veličiny zaznamenávané na záznamové médium.

Pozitívne je možné hodnotiť skutočnosť, že autor v závere práce vecne diskutuje obmedzenia zvoleného postupu a uvádza konkrétne možnosti jeho ďalšieho zlepšenia. Po konzultácii so školiteľom bol upravený firmware zariadenia a výsledné riešenie umožňuje záznam všetkých veličín uvedených v zadaní práce, teda zrýchlení a uhlových rýchlostí v troch osiach. Významnou silnou stránkou práce je samotná realizácia funkčného prototypu zariadenia a jeho experimentálne overenie.

Študent pracoval s relevantnou odbornou literatúrou, využíval ako vedecké publikácie aj technickú dokumentáciu k použitým komponentom a cituje v súlade s normou ISO 690. Záverom je možno povedať že, všetky body zadania boli splnené, práca obsahuje všetky požadované náležitosti. Prácu odporúčam k obhajobe.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
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 A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jan Fojtášek, Ph.D.

Závěrečná práce pana Šulce se zabývá návrhem a realizací nízkonákladového zařízení pro měření jízdní dynamiky vozidla na bázi inerciální měřicí jednotky (IMU). Cílem bylo vytvořit funkční prototyp vhodný pro hromadné nasazení ve flotile vozidel s důrazem na nízkou cenu. Práce je logicky strukturovaná, obsahuje jak teoretickou rešerši, tak praktickou část zahrnující návrh hardware, implementaci firmware a experimentální ověření. Student prokázal schopnost si danou problematiku nastudovat, vhodně interpretovat a aplikovat při sestavení vlastního zařízení. Práce obsahuje prohlášení o použití generativní AI s názvy použitých nástrojů. Z hlediska čtenáře, chybí v práci některé nákresy, diagramy a vysvětlující schémata, která by vhodně doplnila psaný text a prospěla tak jeho pochopení. Až na drobné překlepy či místy zavádějící tvrzení je práce po formální stránce pečlivě zpracovaná. Autor splnil všechny body zadání, výsledné zařízení bylo funkčně ověřeno porovnáním s profesionálním referenčním systémem a kriticky zhodnoceno. Výsledné řešení je tak popsáno včetně reálného využití, doplněné analýzou jeho vlastností a limitů. 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 C
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem by bylo možné implementovat senzorovou fúzi (např. Kalmanův filtr) na dané platformě?
  2. V závěru uvádíte, že referenční zařízení vychází cenově „přibližně stotisícnásobně dráž“ než Vámi navrhovaný systém. Co jsou ty cenově nejdražší položky při výrobě referenčního zařízení a proč? Jaká je tedy podle Vás skutečná cena a jak se může nákup takového zařízení zákazníkovi vyplatit?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová