State estimation of buses: A hybrid algorithm of deep neural network and unscented Kalman filter considering mass identification

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作者
Bing Yang,Rui Fu,Qinyu Sun,Siyang Jiang,Chang Wang
出处
期刊:Mechanical Systems and Signal Processing [Elsevier]
卷期号:213: 111368-111368 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.ymssp.2024.111368
摘要

Accurately obtaining vehicle state parameters is a crucial prerequisite for active safety control. However, key stability parameters of buses, such as sideslip angle and roll angle, are difficult to measure directly. Moreover, changes in the bus mass during the driving route can impact the vehicle state. To tackle these challenges, we identify the bus mass before state estimation, and propose a hybrid state estimation algorithm based on deep neural network (DNN) and unscented Kalman filter (UKF). First, the mass is identified using the recursive least squares (RLS) method based on longitudinal dynamics at each start of bus, and the yaw and roll moment of inertia are adaptively adjusted based on the identified mass. Second, a composite DNN combining the convolutional neural network (CNN), gated recurrent unit (GRU), and attention mechanism is designed to estimate sideslip and roll angles. As for the training dataset, it is acquired from different maneuvers simulated by TruckSim. Third, a UKF estimator is established based on 4-degree of freedom (DOF) vehicle dynamics model and magic tire formula, and the estimated values of DNN are inserted into UKF estimator as virtual observations. Finally, the proposed hybrid algorithm is validated through simulation maneuvers and real driving maneuvers based on MATLAB/Simulink and TruckSim software. The comparative results demonstrate that the proposed algorithm outperforms individual DNN estimation and UKF estimation, enhancing both estimation accuracy and reliability.
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