Telematics Unit for Electric Buses featuring an Integrated Digital Twin, Predictive Analysis of Failures and Service Life for Key Mechanical Components, and 5G Connectivity

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F49777513%3A23210%2F25%3A43975911" target="_blank" >RIV/49777513:23210/25:43975911 - isvavai.cz</a>

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Telematická jednotka elektro busu s integrovaným digitálním dvojčetem, predikcí poruch a životnosti vybraných mechanických komponent a 5G konektivitou

Original language description

Jádrem telematické jednotky je digitální dvojče pohonného systému ve formě redukovaného fyzikálního modelu pomocí neuronové sítě (ROM). Model, natrénovaný na datech ze simulací v Simcenter Amesim a reálných jízd, dosahuje přesnosti predikce přes 95 %. Pro nasazení v reálném čase na EDGE zařízení (Raspberry Pi) byl exportován do standardu Functional Mock-up Unit (FMU), což umožňuje online predikci stavu baterie, včetně její kapacity a vnitřního odporu.Jednotka dále umožňuje monitorovat mechanické namáhání rámu vozidla pomocí tenzometrických a akceleračních senzorů. V rámci projektu bylo implementováno hodnocení dle hypotézy lineárního kumulativního poškození.Pro přenos a zpracování dat byla navržena komplexní architektura. Data jsou z jednotky odesílána pomocí 5G sítě do cloudového prostředí MS Azure, kde jsou předzpracována a následně uložena v on-premise infrastruktuře využívající databázi InfluxDB. Vizualizace dat v reálném čase probíhá prostřednictvím uživatelsky přívětivých dashboardů v systému Grafana, které jsou přizpůsobeny potřebám provozovatelů i výrobců vozidel.Výsledkem projektu je komplexní a otestovaný funkční vzorek telematické jednotky a souvisejícího backendového a frontendového řešení. Vyvinutý systém poskytuje cenný nástroj pro online monitoring stavu vozidla, optimalizaci údržby, predikci životnosti baterie a zvýšení provozní spolehlivosti a bezpečnosti flotily elektrobusů.

Czech name

Telematická jednotka elektro busu s integrovaným digitálním dvojčetem, predikcí poruch a životnosti vybraných mechanických komponent a 5G konektivitou

Czech description

Jádrem telematické jednotky je digitální dvojče pohonného systému ve formě redukovaného fyzikálního modelu pomocí neuronové sítě (ROM). Model, natrénovaný na datech ze simulací v Simcenter Amesim a reálných jízd, dosahuje přesnosti predikce přes 95 %. Pro nasazení v reálném čase na EDGE zařízení (Raspberry Pi) byl exportován do standardu Functional Mock-up Unit (FMU), což umožňuje online predikci stavu baterie, včetně její kapacity a vnitřního odporu.Jednotka dále umožňuje monitorovat mechanické namáhání rámu vozidla pomocí tenzometrických a akceleračních senzorů. V rámci projektu bylo implementováno hodnocení dle hypotézy lineárního kumulativního poškození.Pro přenos a zpracování dat byla navržena komplexní architektura. Data jsou z jednotky odesílána pomocí 5G sítě do cloudového prostředí MS Azure, kde jsou předzpracována a následně uložena v on-premise infrastruktuře využívající databázi InfluxDB. Vizualizace dat v reálném čase probíhá prostřednictvím uživatelsky přívětivých dashboardů v systému Grafana, které jsou přizpůsobeny potřebám provozovatelů i výrobců vozidel.Výsledkem projektu je komplexní a otestovaný funkční vzorek telematické jednotky a souvisejícího backendového a frontendového řešení. Vyvinutý systém poskytuje cenný nástroj pro online monitoring stavu vozidla, optimalizaci údržby, predikci životnosti baterie a zvýšení provozní spolehlivosti a bezpečnosti flotily elektrobusů.

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

20301 - Mechanical engineering

Project

<a href="/en/project/FW07010048" target="_blank" >FW07010048: Electric bus telematics unit with integrated digital twin, failure prediction and durability life using 5G connection</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2025

Confidentiality

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Internal product ID

FV009/2025/21200

Numerical identification

FV009/2025/21200

Technical parameters

1. Hardwarová specifikace jednotky (EDGE zařízení) Výpočetní jádro: Počítač Raspberry Pi Operační systém: Linux (64bitová verze) Datové připojení: 5G mobilní síť Lokalizace: GPS (integrováno s GNSS sběrem dat) Komunikace s CAN 2. Senzorický systém pro monitoring mechanického namáhání Tenzometry: min. 4 kanály Akcelerometry: min. 4 kanály Vzorkovací frekvence: minimálně 200 Hz Měřicí rozsah tenzometrů ± 2,707 mV/V Měřicí rozsah akcelerometrů ± 16 g Přesnost A/D převodníku pro tenzometry 0,00529 mV/V Přesnost A/D převodníku pro akcelerometry 0,0797 g 3. Digitální dvojče (ROM) pohonného systému Technologie: Redukovaný model (ROM) realizovaný jako neuronová síť (NN). Modelované komponenty: Baterie, elektromotor. Predikované veličiny: Stav baterie (SoH), kapacita, vnitřní odpor, proudový odběr. Dosažená přesnost modelu: &gt; 95 % (konkrétně 95,6 % na validačních datech). 4. Zpracování dat na jednotce (On-Board Processing) Filtrace signálu, datová redukce, statistika signálu 5. Datová architektura a Backend Přenos dat: Z jednotky přes 5G do cloudového prostředí. Cloudová platforma: MS Azure Smlouva o využití výsledku ze dne 14.07.2025 - SML/2100/0094/25 se společností TechSim Engineering s.r.o., adresa sídla: Budějovická 1550/15a, Michle, 140 00 Praha 4, IČO: 04352564, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 301 00 Plzeň, Kontaktní osoba: Ing. Michal Křížek, Ph.D., Tel.: 377 638 729, e-mail: krizek4@fst.zcu.cz

Economical parameters

Hardware telematické jednotky je v porovnání s pořizovací cenou elektrobusu zanedbatelný a je proto vhodně škálovatelný na celou flotilu provozovatele. Hlavní ekonomický přínos spočívá v prodloužení životnosti baterie, které zajistí díky trvalému monitorování a úpravě jízdního stylu díky zpětné vazbě pro uživatele, řidiče. Cena bateriového packu pro elektrobus se pohybuje mezi 1,5 – 3 miliony Kč. Pokud systém dokáže díky monitoringu a optimalizaci nabíjení prodloužit životnost baterie o pouhých 15 %, představuje to přímou úsporu 225 000 – 450 000 Kč na jednom vozidle.

Application category by cost

—

Owner IČO

49777513

Owner name

Západočeská univerzita v Plzni

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Web page

—