Master's Thesis

Design of a test device for evaluating oil flow in the transmission during driving maneuvers

Final Thesis 6.14 MB

Author of thesis: Bc. Petr Švihálek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Václav Otipka, Ph.D.

Reviewer: Ing. Aleš Prokop, Ph.D.

Abstract:

A laboratory 3DOF motion platform of the 3RRS type was designed to reproduce selected vehicle motion states under laboratory conditions. The platform is intended primarily for testing an experimental gearbox assembly outside a real vehicle, where better measurement repeatability can be achieved. The device enables controlled pitch, roll and vertical motion of the upper platform. The required working range was set to ±20° for combined pitch and roll motion, while the software motion limit is set approximately to ±23°. The recommended operating load for the full working range of the platform is 100 kg.
The design includes the mechanical structure of the platform, the drive system and the control software, which enables manual operation, playback of a motion cycle from a CSV file
and control from the MATLAB/Simulink environment. Through this interface, the platform can also be connected to simulation data, for example from CarMaker. The function of the control system was verified on a simplified experimental platform model.

Keywords:

laboratory motion platform, parallel platform, 3RRS mechanism, control system, MATLAB/Simulink, experimental model

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval zkušební komisi svou závěrečnou práci a zodpověděl otázky oponenta. Otázky oponenta: 1) Při návrhu paralelních mechanismů mohou vznikat singularity vedoucí ke ztrátě řiditelnosti. Jak bylo ověřeno, že se navržená platforma v celém pracovním rozsahu ±20° nedostává do takových stavů? Hodnocení: Zodpovězeno 2) Na které plochy/komponenty je aplikována zatěžující síla od hmotnosti zkušebního zařízení při výkonu pevnostních analýz? Hodnocení: Zodpovězeno 3) V kapitole 6.3 vyšla výsledná hodnota bezpečnosti stanovené vůči mezi kluzu 1,54. Prosím o zaujmutí hodnoticího stanoviska s ohledem na možné únavové porušení. Hodnocení: Zodpovězeno Následně odpovídal na otázky členů zkušební komise: 1) Jaké jste pro programování používal IDE? Hodnocení: Zodpovězeno 2) Jakým způsobem je realizována regulace platformy? Hodnocení: Zodpovězeno 3) Jaké jsou vstupy do systému? Hodnocení: Zodpovězeno 4) Byla uvažována zpětná vazba při regulaci polohy platformy? Hodnocení: Zodpovězeno 5) V čem spočívá přidaná hodnota Vámi prezentovaného návrhu? Hodnocení: Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

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

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Porteš, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. František Bauer, CSc. (místopředseda)
Ing. František Zapletal, Dr. (člen)
Ing. Lukáš Šopík (člen)
doc. Ing. Zdeněk Kaplan, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Václav Otipka, Ph.D.

Pan Petr Švihálek se ve své diplomové práci zabýval návrhem polohovací platformy, primárně určené pro laboratorní testování převodových ústrojí z hlediska proudění oleje. Navržená platforma umožňuje reprodukci požadovaných jízdních manévrů vozidla, získaných buď v rámci experimentálního měření (offline mód), nebo přímou reprodukcí simulovaných dat v pseudoreálném čase díky integraci konektivity se softwarem MATLAB/Simulink, potažmo CarMaker (online mód).

Rozsah vykonané práce studentem je značný, čemuž odpovídá také rozsah předložené práce. Rešeršní část práce je zpracována celkově na 12 stranách, oproti tomu samotná tvůrčí část práce je zásadně rozsáhlejší a má 64 stran.

Práce je logicky uspořádaná, jednotlivé kapitoly na sebe vhodně navazují. Rešeršní část poskytuje základní představu o možnostech řešení prostorového pohybu pomocí užívaných kinematických platforem, což vhodně podporuje následující konstrukční návrh.

V hlavní, tvůrčí části práce je detailně popsán návrh polohovací platformy. Samotnému konstrukčnímu návrhu předcházel návrh výchozí kinematiky platformy, řešení matematického popisu pohybu. Práce dále také obsahuje návrh kompletní řídicí elektroniky spolu s vytvořením ovládacího softwaru.

Návrh platformy je vhodně podpořen pevnostní analýzou MKP, na základě jejíchž výsledků byly optimalizovány kritické komponenty. Byla provedena také MBD simulace jízdních manévrů, která sloužila k ověření vhodného dimenzování pohonů. Oceňuji, že student vynaložil velké úsilí při optimalizaci řídicího systému, díky čemuž bylo dosaženo výborné efektivity a celý systém tak může být založen na poměrně cenově dostupném hardwaru. Funkčnost zařízení byla testována a následně ověřena na zjednodušeném modelu, který si student vytvořil vlastními silami.

Celkové provedení práce je na velmi dobré úrovni, obsahuje minimum nedostatků. Závěry jsou v práci správně a věcně interpretovány. Částečně je možné vytknout méně propracované simulační analýzy, nicméně v rámci vykonaného objemu práce je to pochopitelné.

Oceňuji studentův proaktivní přístup. Během zpracování své závěrečné práce student pravidelně konzultoval a připomínky vedoucího do práce většinou zapracoval. V rámci tvorby práce student využíval nástroje AI, přičemž rozsah jejich použití je v práci řádně doložen.

Student splnil veškeré cíle práce. Práci doporučuji k obhajobě s výsledným hodnocením „A“.
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 A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

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

Diplomová práce pana Švihálka se zabývá návrhem pohybové platformy, která umožňuje reprodukovat vybrané pohybové stavy vozidla v laboratorních podmínkách s cílem vytvořit opakovatelné podmínky pro experimentální validaci proudění oleje v převodovkách. V rešeršní části (11 stran) se student zabývá problematikou generování prostorového pohybu a paralelními kinematickými platformami. Student zde shromáždil relevantní informace potřebné pro následný návrh zařízení. Rozsah rešerše je přiměřený zaměření práce, nicméně některé pasáže prezentují informace spíše popisně bez hlubšího kritického porovnání jednotlivých řešení. Pozitivně hodnotím zařazení přehledu komerčně dostupných pohybových platforem a zdůvodnění volby kinematické koncepce.

Praktická část představuje dominantní podíl práce a zahrnuje návrh metodiky řešení, vytvoření kinematického modelu, návrh softwarové architektury řídicího systému, konstrukční návrh polohovací platformy, pevnostní a dynamické analýzy i experimentální ověření funkce řídicího systému. Oceňuji zejména komplexnost řešení, kdy student neřeší pouze mechanickou konstrukci, ale také problematiku řízení, integrace dat z prostředí MATLAB/Simulink a možnost napojení na simulační nástroje typu CarMaker. Přínosná je rovněž fyzická realizace zařízení pro ověření funkce navrženého řídicího systému.

Použité metody považuji za vhodně zvolené a odpovídající charakteru řešené problematiky. Určité rezervy však spatřuji v hlubším popisu okrajových podmínek a následné interpretaci výsledků pevnostních a dynamických analýz, kde by bylo vhodné podrobněji diskutovat citlivost návrhu na změnu vstupních parametrů a okrajových podmínek. Vyšší míru povrchnosti pevnostních analýz však vzhledem k rozsahu a zaměření práce nepovažuji za zásadní nedostatek. Rovněž experimentální ověření bylo provedeno pouze na zjednodušeném modelu, což si student správně uvědomuje a uvádí jako omezení práce.

Po technické stránce je práce zpracována na velmi dobré úrovni. Informace jsou aktuální a odpovídají současným trendům v oblasti mechatronických systémů.

Grafická úroveň práce je dobrá, obrázky a schémata vhodně doplňují text. Jazyková a stylistická úroveň je rovněž dobrá, práce obsahuje pouze ojedinělé formální nedostatky.

Množství a relevanci použitých zdrojů považuji za průměrnou, přičemž vhodně je popsáni využití AI při zpracování práce.

Cíle práce byly splněny, práci doporučuji k obhajobě
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. Na které plochy/komponenty je aplikována zatěžující síla od hmotnosti zkušebního zařízení při výkonu pevnostních analýz?
  2. Při návrhu paralelních mechanismů mohou vznikat singularity vedoucí ke ztrátě řiditelnosti. Jak bylo ověřeno, že se navržená platforma v celém pracovním rozsahu ±20° nedostává do takových stavů?
  3. V kapitole 6.3 vyšla výsledná hodnota bezpečnosti stanovené vůči mezi kluzu 1,54. Prosím o zaujmutí hodnoticího stanoviska s ohledem na možné únavové porušení.

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová