Master's Thesis

Data processing and visualisation for the digital twin of the vehicle model

Final Thesis 11.26 MB Appendix 120.82 kB

Author of thesis: Bc. Jakub Kilian

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Lubor Zháňal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Fojtášek, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis deals with the design and experimental validation of a measurement and visualization chain for transferring data from a real vehicle into a digital simulation in the IPG CarMaker environment, to serve as a basis for a vehicle digital twin. The objective was to commission the acquisition of vehicle data, create a communication interface, adapt the virtual model of the measured vehicle, and validate the visualization using an experimental Škoda Enyaq iV 60 vehicle. After an unsatisfactory FTP-based solution limited by a minimum transmission period of 2 minutes, the final architecture was implemented using a CSM UniCAN 3 ETH data logger, the CAN bus, the MQTT protocol, the HiveMQ Cloud broker, processing in MATLAB/Simulink, and visualization in CarMaker. The transmitted variables included basic driver control inputs, GPS coordinates, and vehicle speed. Accuracy was evaluated by comparing the trajectories and speed profiles of the real and simulated vehicle in three driving scenarios. A live visualization with a typical delay of 1–3 s was achieved. The results confirmed good agreement in lateral trajectory tracking and an adequate match of longitudinal dynamics during acceleration and braking, while also revealing limitations caused by the 1 Hz sampling rate, inaccurate initial georeferencing, and neglecting road grade. The proposed solution therefore represents a functional foundation for further development of a vehicle digital twin, or, in its current form, for applications with lower dynamic changes.

Keywords:

digital twin, visualisation, IPG CarMaker, data logging, CAN, CSM

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta: 1) Jaké další kroky či změny v architektuře byste provedl ke zvýšení vzorkovací frekvence a snížení zmiňované latence (2 -3 s) přenosu dat? Zodpovězeno. 2) Popište testované možnosti řízení modelu na základě měřených dat. Co znamená, že je pohyb vozidla ovládán nepřímo? Vysvětlete, co je znázorněno na Obrázku 38 a čím vším jsou rozdíly způsobeny. Zodpovězeno. Další otázky k závěrečné práci od členů komise: 1) Jak je systém daleko od opravdového digitálního dvojčete? Zodpovězeno. 2) Jaké datové toky pro přenos jsou vyžadovány? Zodpovězeno. 3) Proč využíváte polohu plynového pedálu, nebylo by lepší využít jiný senzor? Částečně zodpovězeno. 4) Jak byste rozšířil svůj model, aby digotální dvojče dokázalo predikovat otěr pevných částic při brzdění. Částečně zodpovězeno. 5) Ohodnoťte množství provedené samostatné práce. Zodpovězeno.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Automotive Engineering

Study programme

Advanced Automotive Engineering (N-AAE-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Vojtěch Trusík (člen)
Ing. Jiří Bazala, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Šopík (člen)
Ing. Tomáš Heger (člen)

Supervisor’s report
Ing. Lubor Zháňal, Ph.D.

Závěrečná práce se zabývá problematikou vytváření a provozování digitálního dvojčete automobilu. Práce je logicky členěna na kapitoly, které chronologicky popisují jednotlivé kroky vedoucí od teoretických základů až po zprovoznění a otestování celého řetězce sestávajícího z několika propojených zařízení a softwarových prostředků. Stanovené cíle zadání se podařilo více či méně naplnit ve všech bodech, byť zejména část praktického měření a validace již byla ovlivněna nedostatkem času, který ale z většiny vznikl zdržením na straně dodavatelů softwaru. Text je psán osobitou, avšak veskrze srozumitelnou formou, autor se ale občas nevyvaruje hovorovějších frází a některá ojedinělá místa vykazují převahu stylu nad myšlenkou. Z formálního hlediska práce neobsahuje závažnější chyby, grafická úprava je taktéž velmi zdařilá a využití nástrojů generativní umělé inteligence je účelné a v rámci rozumných mezí. Celkově se jedná o kvalitní práci, na které je vzhledem k atraktivitě tématu možné stavět i do budoucna. Vyzdvihnout je třeba ještě samostatnost, dobrou reakci na připomínky a hlavně šíři problematiky, se kterou se autor musel seznámit a taktéž přitom překonat řadu překážek, které dopředu nebyly známy.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

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

Zadáním práce bylo vytvořit podpůrné programové vrstvy pro připojení digitálního dvojčete vozidla na reálná data z měření. Tento cíl vyžadoval zprovoznění měřicího řetězce pro sběr dat z jízdy testovacího automobilu, programového rozhraní pro komunikaci a přípravu virtuálního modelu vozu. Téma je v kontextu vývoje autonomní mobility vysoce aktuální a do budoucna nabízí toto řešení široké uplatnění. V rešeršní části práce student popisuje teoretická východiska od samotné definice úrovní přenosu dat mezi reálným vozidlem a digitálním modelem, přes měřicí řetězec až po programové vybavení. V praktické části jsou pak tyto poznatky aplikovány a otestovány na výsledném řešení.

Autor postupoval systematicky, prokázal schopnost se v tématu zorientovat a celé řešení nejen navrhnout, ale také otestovat a popsat možný vývoj do budoucna. Ačkoli se v textu místy vyskytují zavádějící tvrzení, špatně uvedené odkazy na literaturu a překlepy, je práce po formální stránce dobře zpracovaná. Student prokázal své teoretické i praktické znalosti a vzhledem k tomu, že se jedná o kombinaci několika softwarů, také určitou míru trpělivosti při hledání kompatibilního řešení. Celkově je práce na dobré úrovni a doporučuji ji 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 A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. Jaké další kroky či změny v architektuře byste provedl ke zvýšení vzorkovací frekvence a snížení zmiňované latence (2 -3 s) přenosu dat?
  2. Popište testované možnosti řízení modelu na základě měřených dat. Co znamená, že je pohyb vozidla ovládán nepřímo? Vysvětlete, co je znázorněno na Obrázku 38 a čím vším jsou rozdíly způsobeny.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová