CN117545678A - 连结车辆的后退控制装置、存储有连结车辆的后退控制程序的计算机可读介质以及连结车辆的后退控制方法 - Google Patents

连结车辆的后退控制装置、存储有连结车辆的后退控制程序的计算机可读介质以及连结车辆的后退控制方法 Download PDF

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CN117545678A CN202280043304.9A CN202280043304A CN117545678A CN 117545678 A CN117545678 A CN 117545678A CN 202280043304 A CN202280043304 A CN 202280043304A CN 117545678 A CN117545678 A CN 117545678A
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Abstract

后退控制装置(40)实施连结车辆(10)的后退控制，上述连结车辆(10)具有：牵引车(11)，其具有转向操纵轮(11F)；以及拖车(12)，其由上述牵引车(11)牵引。上述牵引车(11)搭载转向操纵控制装置(30D)，上述转向操纵控制装置(30D)构成为执行使上述牵引车(11)的转向操纵轮(11F)的转向操纵角追随于目标转向操纵角的反馈控制。上述后退控制装置(40)具有控制部(42B)，上述控制部(42B)构成为在进行上述连结车辆(10)的后退操作时以使假想转向操纵角追随于目标假想转向操纵角的方式运算上述目标转向操纵角。上述假想转向操纵角是在将上述拖车(11)视为单体车辆的情况下假想地存在于上述拖车的转向操纵轮的转向操纵角，上述目标假想转向操纵角是通过由操作者进行的特定的操作而设定的上述假想转向操纵角的目标值。

Description

连结车辆的后退控制装置、存储有连结车辆的后退控制程序 的计算机可读介质以及连结车辆的后退控制方法
技术领域
本公开涉及连结车辆的后退控制装置、存储有连结车辆的后退控制程序的计算机可读介质以及连结车辆的后退控制方法。
背景技术
以往，存在在作为牵引车的车辆的后部连结有拖车的连结车辆。连结车辆的驾驶比驾驶普通乘用车等单体车辆的情况难。特别是，在连结车辆的后退操作中，需要相对于使没有连结拖车的单体车辆后退的情况下的转向操作而向相反方向的转向操作。
因此，以往，提出有支援连结车辆的后退操作的系统。例如对于专利文献1的系统而言，在驾驶员使用加速踏板和制动踏板来控制车辆的后退速度时，以使拖车沿着由驾驶员指定的基准路径移动的方式自动地对车辆的转向操纵轮进行转向操纵。系统的曲率控制器执行用于基于牵引车的转向操纵角使拖车沿着基准路径后退的控制。曲率控制器具有曲率调节器以及牵引角调节器。
曲率调节器基于由计测模块提供的当前的转向操纵角和由驾驶员通过输入设备输入的拖车路径的目标曲率来运算目标牵引角。牵引角调节器为了使当前的牵引角追随通过曲率调节器运算的目标牵引角，通过牵引角的反馈控制的执行来运算相对于电动动力转向系统的转向操纵角命令。电动动力转向系统基于转向操纵角命令使方向盘旋转。
专利文献1：美国专利第9592851号说明书
然而，在专利文献1的系统中，担忧以下那样的情况。即，曲率调节器使用牵引角调节器的操作量亦即转向操纵角来运算牵引角调节器的目标值亦即目标牵引角。牵引角调节器的目标值通过牵引角调节器自身的操作而改变，因此，存在牵引角相对于目标牵引角的收敛性降低的担忧。因此，难以使连结车辆以通过输入设备而输入的驾驶员所希望的曲率后退，进而难以使连结车辆到达所希望的位置。
发明内容
本公开的一方式提供连结车辆的后退控制装置。上述连结车辆具有：牵引车，其具有改变上述连结车辆的行进方向的车轮亦即转向操纵轮；以及拖车，其由上述牵引车牵引，上述牵引车搭载转向操纵控制装置，上述转向操纵控制装置构成为执行使上述转向操纵轮的转向操纵角追随于目标转向操纵角的反馈控制。上述后退控制装置具备控制部，上述控制部构成为在进行上述连结车辆的后退操作时以使假想转向操纵角追随于目标假想转向操纵角的方式运算上述目标转向操纵角，上述假想转向操纵角是在将上述拖车视为单体车辆的情况下假想地存在于上述拖车的转向操纵轮的转向操纵角，上述目标假想转向操纵角是通过由操作者进行的特定的操作而设定的上述假想转向操纵角的目标值。
在本公开的其他方式中，提供存储有通过连结车辆的后退控制装置而执行的后退控制程序的计算机可读介质。上述连结车辆具有：牵引车，其具有改变上述连结车辆的行进方向的车轮亦即转向操纵轮；以及拖车，其由上述牵引车牵引，上述牵引车搭载转向操纵控制装置，上述转向操纵控制装置构成为执行使上述转向操纵轮的转向操纵角追随于目标转向操纵角的反馈控制。上述后退控制程序构成为，在进行上述连结车辆的后退操作时，使上述后退控制装置执行：第1处理，其设定目标假想转向操纵角；第2处理，其以使假想转向操纵角追随于上述第1处理中设定的上述目标假想转向操纵角的方式运算上述目标转向操纵角；以及第3处理，其向上述转向操纵控制装置供给上述第2处理中运算的上述目标转向操纵角，上述假想转向操纵角是在将上述拖车视为单体车辆的情况下假想地存在于上述拖车的转向操纵轮的转向操纵角，上述目标假想转向操纵角是通过由操作者进行的特定的操作而设定的上述假想转向操纵角的目标值。
在本公开的其他方式中，提供连结车辆的后退控制方法。上述连结车辆具有：牵引车，其具有改变上述连结车辆的行进方向的车轮亦即转向操纵轮；以及拖车，其由上述牵引车牵引，上述牵引车搭载转向操纵控制装置，上述转向操纵控制装置构成为执行使上述转向操纵轮的转向操纵角追随于目标转向操纵角的反馈控制。上述后退控制方法包括：在进行上述连结车辆的后退操作时以使假想转向操纵角追随于目标假想转向操纵角的方式运算上述目标转向操纵角，上述假想转向操纵角是在将上述拖车视为单体车辆的情况下假想地存在于上述拖车的转向操纵轮的转向操纵角，上述目标假想转向操纵角是通过由操作者进行的特定的操作而设定的上述假想转向操纵角的目标值。
附图说明
图1是第1实施方式所涉及的连结车辆的立体图。
图2是搭载于图1的连结车辆的后退支援装置的框图。
图3是图1的连结车辆的运动模型。
图4是图1的拖车的运动模型。
图5是图1的连结车辆的框线图。
图6是表示图1的连结车辆的控制结构的框线图。
图7是表示由图2的后退控制装置执行的后退支援控制的处理过程的流程图。
图8是图1的连结车辆的后退右转弯时的运动模型。
图9是图1的牵引车单体的后退右转弯时的运动模型。
图10是图1的拖车单体的后退右转弯时的运动模型。
图11是表示针对图1的连结车辆的各规格的误差比例与稳态偏差的关系的坐标图。
图12是表示第2实施方式所涉及的连结车辆的控制结构的框图。
图13是表示第3实施方式所涉及的连结车辆的控制结构的框图。
图14是表示第4实施方式所涉及的连结车辆的控制结构的框图。
具体实施方式
＜第1实施方式＞
以下，对本公开的第1实施方式进行说明。
如图1所示，连结车辆10具有牵引车11以及拖车12。牵引车11存在各种种类。在第1实施方式中，将作为小型货车的一种的皮卡列举为牵引车11的例子。牵引车11具有前轮11F以及后轮11R。前轮11F包括右前轮以及左前轮这两个轮，后轮11R包括右后轮以及左后轮这两个轮。但是，图1中仅图示左前轮以及左后轮。前轮11F与方向盘例如以能够经由转向操纵机构进行动力传递的方式连结。前轮11F是转向操纵轮。转向操纵轮是指通过根据方向盘的操作进行动作而改变牵引车11的行进方向的车轮。
拖车12存在根据用途而具有各种形状以及大小的情况。在第1实施方式中，将箱型拖车12列举为例子。拖车12具有车轮12R。车轮12R包括右车轮以及左车轮这两个轮。但是，图1中，仅图示左车轮。
拖车12通过与牵引车11的后部连结而被牵引。拖车12经由球窝接头13而与牵引车11的后部连结。球窝接头13具有挂接球14以及挂接联接器15。挂接球14经由挂接部件而设置于牵引车11的后部。挂接联接器15设置于从拖车12的前部突出的舌部16的前端。挂接联接器15安装于挂接球14，由此，拖车12相对于牵引车11以能够将轴线17作为中心而旋转的方式连结。轴线17在牵引车11的高度方向上延伸。
如图2所示，牵引车11搭载显示装置20、动力转向装置30以及后退支援装置40。
显示装置20设置于例如车室内的仪表面板。显示装置20例如是触摸面板，且通过对画面21上的显示进行触摸操作能够输入数据或者指示车载设备的动作。在画面21例如显示有支援开始按钮21A以及支援结束按钮21B。支援开始按钮21A在开启连结车辆10的后退支援功能时被操作。支援结束按钮21B在关闭连结车辆10的后退支援功能时被操作。
动力转向装置30是用于辅助由操作者进行的方向盘的转向操纵的系统，且具有马达30A、扭矩传感器30B、转向操纵角传感器30C以及转向操纵控制装置30D。操作者包括在牵引车11的车室内驾驶连结车辆10的驾驶员。
马达30A产生辅助力。辅助力是用于辅助方向盘的转向操纵的力。马达30A的扭矩通过经由减速机构赋予转向操纵机构而传递至前轮11F。扭矩传感器30B对被赋予方向盘的扭矩亦即转向操纵扭矩τstr进行检测。转向操纵角传感器30C基于例如马达30A的旋转角，来检测前轮11F的转动角亦即转向操纵角α1。前轮11F与马达30A经由转向操纵机构而相互联动。因此，马达30A的旋转角与前轮11F的转向操纵角α1之间存在相关关系。因此，基于马达30A的旋转角能够求出前轮11F的转向操纵角α1。
转向操纵控制装置30D在连结车辆10的后退支援功能关闭时执行辅助控制。转向操纵控制装置30D基于通过扭矩传感器30B检测的转向操纵扭矩τstr而控制对马达30A的通电，由此使马达30A产生与转向操纵扭矩τstr对应的辅助力。
转向操纵控制装置30D在连结车辆10的后退支援功能开启时，执行前轮11F的转向操纵控制。转向操纵控制装置30D在连结车辆10的后退支援功能开启时，基于由后退支援装置40生成的目标转向操纵角α1 ＊控制马达30A的旋转角，由此控制前轮11F的转向操纵角α1。目标转向操纵角α1 ＊是前轮11F的转向操纵角α1的目标值。转向操纵控制装置30D为了使通过转向操纵角传感器30C检测的前轮11F的转向操纵角α1与目标转向操纵角α1 ＊一致，通过转向操纵角α1的反馈控制的执行来控制马达30A的动作。
后退支援装置40在连结车辆10的后退支援功能开启时支援连结车辆10的后退操作。后退支援装置40基于由操作者指定的连结车辆10的后退方向或者后退路径以及通过转向操纵角传感器30C而检测的前轮11F的转向操纵角α1，来运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。目标转向操纵角α1 ＊是为了使连结车辆10沿着由操作者指定的连结车辆10的后退方向或者后退路径移动所需的前轮11F的转向操纵角α1的目标值。后退支援装置40在连结车辆10的后退支援功能关闭时，不运算目标转向操纵角α1 *。
＜后退支援装置＞
接着，对后退支援装置40详细地进行说明。
如图2所示，后退支援装置40具有输入装置41以及后退控制装置42。
输入装置41具有作为操作构件的拨盘41A。拨盘41A例如设置于车室内的中央控制台。拨盘41A在操作者指定连结车辆10的后退方向或者后退路径时被操作。后退方向或者后退路径例如包括后退左转弯、后退右转弯以及直线后退。在使连结车辆10后退左转弯时，以与直线路径对应的基准位置为基准向逆时针方向操作拨盘41A。在使连结车辆10后退右转弯时，以基准位置为基准向顺时针方向操作拨盘41A。在使连结车辆10直线后退时，拨盘41A维持为基准位置。输入装置41生成与以拨盘41A的基准位置为基准的操作量或者操作位置对应的电信号S1。
后退控制装置42具有包括接下来的3个结构A1、A2、A3中的任一个的处理电路。
A1.根据作为软件的计算机程序而动作的一个以上的处理器。处理器包括CPU(central processing unit)以及存储器。
A2.执行各种处理中的至少一部分处理的面向特定用途的集成电路(ASIC)等一个以上的专用的硬件电路。
A3.结构A1、A2的组合。
存储器是能够由计算机例如CPU读取的介质，且存储描述了相对于计算机的处理或者命令的程序。存储器包括RAM(random access memory)以及ROM(read only memory)。CPU通过以所决定的运算周期执行存储于存储器的程序来执行各种控制。程序包括用于执行连结车辆10的后退支援控制的程序。后退支援控制是指用于支援连结车辆10的后退操作的控制。
后退控制装置42执行连结车辆10的后退支援控制。后退控制装置42以由操作者进行的后退支援控制的开始操作作为契机而开始后退支援控制的执行。后退控制装置42以由操作者进行的后退支援控制的结束操作作为契机而停止后退支援控制的执行。由操作者进行的后退支援控制的开始操作以及结束操作通过显示装置20来进行。在由操作者进行的后退支援控制的开始操作时即在显示装置20的画面21所显示的支援开始按钮21A被触摸操作时，后退控制装置42开始后退支援控制的执行。在由操作者进行的后退支援控制的结束操作时即在显示装置20的画面21所显示的支援结束按钮21B被触摸操作时，后退控制装置42结束后退支援控制的执行。
后退控制装置42在后退支援控制的执行时，以使连结车辆10沿着由操作者指定的连结车辆10的后退方向或者后退路径而移动的方式通过动力转向装置30来控制连结车辆10的后退路径。
后退控制装置42具有设定部42A以及控制部42B。
设定部42A基于由输入装置41生成的电信号S1即以拨盘41A的基准位置为基准的操作量或者操作位置，设定拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊。目标假想转向操纵角α2 ＊是拖车12的假想转向操纵角α2的目标值。假想转向操纵角α2是假想地使拖车12从牵引车11分离而视为具有假想的前轮的单体车辆时的表观转向操纵角。设定部42A对与拨盘41A的操作量或者操作位置对应的目标假想转向操纵角α2 ＊进行运算。这例如能够通过使用存储于存储器的映射而利用CPU通过映射运算而计算目标假想转向操纵角α2 ＊来实现。该映射对拨盘41A的操作量或者操作位置与拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊之间的关系进行规定。操作者能够通过拨盘41A的操作而指定与使拖车12后退的所希望的后退路径对应的目标假想转向操纵角α2 ＊。
控制部42B获取由设定部42A设定的目标假想转向操纵角α2 ＊、通过车载的牵引角传感器51而检测的牵引角β、通过车载的车速传感器52而检测的车速V以及通过转向操纵角传感器30C而检测的转向操纵角α1。牵引角β是指沿着牵引车11的前后方向亦即长度方向延伸的中心轴与沿着拖车12的前后方向亦即长度方向延伸的中心轴所成的角度。牵引角β也称为拖车12相对于牵引车11的折弯角。
控制部42B基于由设定部42A设定的目标假想转向操纵角α2 ＊以及通过各种传感器而检测的牵引角β、车速V以及转向操纵角α1，来运算牵引车11的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。控制部42B以使拖车12的假想转向操纵角α2收敛于目标假想转向操纵角α2 ＊的方式运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。控制部42B为了使拖车12的假想转向操纵角α2与目标假想转向操纵角α2 ＊一致，通过假想转向操纵角α2的反馈控制的执行而运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。
＜连结车辆的运动模型＞
接着，对表示进行平面运动的连结车辆10的行为的运动模型进行说明。
如图3所示，能够认为连结车辆10的运动模型是在固定于地上的二维xy坐标系中使左右的车轮移动至车身的中心轴的等效模型。例如，等效模型针对牵引车11，能够采用将两个前轮11F以及两个后轮11R分别视为一个车轮的两轮模型。此外，等效模型针对拖车12，能够采用将车轮12R视为一个车轮并且具有后述的假想的一个前轮的两轮模型。图3的运动模型是连结车辆10前进时的运动模型。但是，在图3的运动模型中，为了在运动学的范围内清楚连结车辆10的行为，假定在极低速时的连结车辆10的轮胎不产生侧滑且仅在其行进方向上具有速度矢量的结构。此外，假定车辆以恒定速度驾驶。此外，假定路面平坦且不存在来自连结车辆10的外部的外部干扰。
在图3的运动模型中，为了对牵引车11与拖车12之间的运动学的关系进行说明而使用的连结车辆10的参数如接下来那样。
C0：牵引车11的前轮11F
B1：牵引车11的后轮11R
C1：牵引车11的挂接点(表示挂接球14的位置的点)
B2：拖车12的车轮12R
Vc0：牵引车11的前轮11F的速度矢量
VB1：牵引车11的后轮11R的速度矢量
Vc1：牵引车11的挂接点C1的速度矢量
VB2：拖车12的速度矢量
α1：牵引车11的前轮11F的转向操纵角
α2：拖车12的假想转向操纵角
γ1：中间变量(牵引车11的中心轴与挂接点C1的速度矢量Vc1所成的角)
θ1：牵引车11的姿态角(牵引车11的中心轴与X轴所成的角)
θ2：拖车12的姿态角(拖车12的中心轴与X轴所成的角)
β：牵引角(牵引车11的中心轴与拖车12的中心轴所成的角)
l1：牵引车11的轴距
h1：牵引车11的后轮11R与挂接点C1之间的距离
l2：拖车12的假想轴距
其中，上述参数各自的附图标记如接下来那样。即，牵引车姿态角θ1以将X轴作为基准的绕逆时针方向为正。牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1以及中间变量γ1以将牵引车11的中心轴作为基准的绕逆时针方向为正。牵引角β以将牵引车11的中心轴或者其延长线作为基准的绕逆时针方向为正。车速V在前进时为正，在后退时为负。
如图3所示，牵引车11根据前轮11F的速度矢量Vc0进行运动。此外，拖车12根据与牵引车11的连结点亦即挂接点C1的速度矢量Vc1进行运动。由此，从拖车12观察到的挂接点C1的速度矢量Vc1视为拖车12的假想的前轮的速度矢量。在图3的运动模型中，挂接点C1的速度矢量Vc1与拖车12的中心轴所成的角为“β－γ1”。在这种情况下，如图4所示，若将拖车12视为从牵引车11假想地分离而具有假想的前轮的单体车辆，则该假想的前轮视为以表观转向操纵角亦即假想转向操纵角α2(＝－(β－γ1))被转向操纵。由此，可知能够使拖车12为单体车辆进行研究。顺便一提，对于连结车辆10的后退运动的运动模型而言，速度矢量与图3的前进时的运动模型成为反向。
在将拖车12设为具有假想的前轮的单体车辆时，拖车12的横摆运动能够与牵引车11的横摆运动相同地进行研究。
如图5的框线图所示，连结车辆10中的牵引车11的模型具有模型块11A。此外，连结车辆10中的拖车12的模型具有模型块12A、12B、12C、12D、12E。
模型块11A使用牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1以及牵引车11的后轮11R的速度矢量VB1，来运算牵引车11的姿态角速度θ1(·)。具体而言，模型块11A通过将牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1以及牵引车11的后轮11R的速度矢量VB1应用于表示牵引车11的横摆运动的运动方程，来运算牵引车11的姿态角速度θ1(·)。表示牵引车11的横摆运动的运动方程如模型块11A中记载的那样。点“·”表示时间微分。顺便一提，牵引车11的姿态角速度θ1(·)是牵引车11的横摆率。此外，牵引车11的后轮11R的速度矢量VB1相当于牵引车11的速度矢量。
模型块12A基于牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1以及牵引车11的后轮11R的速度矢量VB1，来运算牵引角速度β(·)。模型块12B通过对由模型块12A运算的牵引角速度β(·)进行积分来运算牵引角β。模型块12C基于牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1以及由模型块12B运算的牵引角β来运算拖车12的假想转向操纵角α2。模型块12D基于由模型块12B运算的牵引角β以及牵引车11的后轮11R的速度矢量VB1，来运算拖车12的速度矢量VB2。
模型块12E使用由模型块12C运算的拖车12的假想转向操纵角α2以及由模型块12D运算的拖车12的速度矢量VB2，来运算拖车12的姿态角速度θ2(·)。具体而言，模型块12E通过将拖车12的假想转向操纵角α2以及拖车12的速度矢量VB2应用于表示拖车12的横摆运动的运动方程，来运算拖车12的姿态角速度θ2(·)。表示拖车12的横摆运动的运动方程如模型块12E中记载的那样。点“·”表示时间微分。顺便一提，拖车12的姿态角速度θ2(·)是拖车12的横摆率。
如图5的模型块11A、12E中记载的那样，表示拖车12的横摆运动的运动方程能够通过与表示牵引车11的横摆运动的运动方程相同的运动方程来描述。即，可知在将拖车12设为具有假想的前轮的单体车辆时，能够将拖车12的横摆运动与牵引车11单体的横摆运动相同地进行研究。
<连结车辆的反馈控制系统>
接着，对后退支援控制的执行时的连结车辆10的反馈控制系统进行说明。
如图6的框线图所示，连结车辆10的反馈控制系统具有作为控制器的后退控制装置42以及作为控制对象的设备P。后退控制装置42在后退支援控制的执行时，根据由输入装置41生成的电信号S1以及计测装置50的计测结果来控制设备P。电信号S1是表示以拨盘41A的基准位置为基准的操作量或者操作位置的，反映由操作者指定的连结车辆10的后退方向或者后退路径。计测装置50对设备P的输出进行计测，包括转向操纵角传感器30C、牵引角传感器51以及车速传感器52。设备P是后退控制装置42的控制对象，且包括牵引车11的转向操纵机构11S以及拖车12。
后退控制装置42根据由输入装置41生成的电信号S1、以及设备P的输出亦即牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1、牵引角β以及车速V，决定相对于设备P的输入亦即目标转向操纵角α1 ＊的值。
后退控制装置42例如使用非线性模型预测控制(NMPC：Nonlinear ModelPredictive Control)，来运算目标转向操纵角α1 ＊。非线性模型预测控制是相对于控制对象为非线性的系统的模型预测控制。模型预测控制是在各时刻一边预测未来的响应一边进行最优化的控制方法。例如，模型预测控制能够采用一边在线以高速计算最优化问题一边进行反馈控制的控制。
在模型预测控制中，通过使预测模型例如控制对象模型存储于作为控制器的后退控制装置42的内部存储器，预测从作为控制对象的设备P的当前时刻起遍及某个有限区间的未来的行为。为了进行该控制，需要适当地捕捉控制对象的动态特性即适当地捕捉控制对象的行为并表述为模型。作为预测模型的一个例子，可举出状态方程。
状态量x(t)通过接下来的数式1来表示。
数式1
x(t)＝[β(t) α1(t)]T
其中，“β”是牵引角，“α1”是前轮11F的转向操纵角α1。此外，“t”是时刻，“T”是有限时间。
操作量u(t)由接下来的数式2表示。操作量u(t)是对作为控制对象的设备P的控制输入。
数式2
其中，“α1tgt”是目标转向操纵角α1 ＊。“t”是时刻。
状态方程由接下来的数式3表示。由该数式3表示的状态方程是定义连结车辆系统的状态并且使表示各个状态的时间变化的一阶微分方程联立的模型。
数式3
其中，“x1”是牵引角β。“x2”是牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1。“VB1”是牵引车11的后轮11R的速度矢量。“11”是牵引车11的轴距。“12”是拖车12的假想轴距。“12”是拖车12的假想的前轮亦即挂接点C1与拖车12的后轮亦即车轮12R之间的距离。“h1”是牵引车11的后轮11R与挂接点C1之间的距离。“t”是时刻。“τstr”是通过一次延迟特性而近似的转向操纵响应特性的时间常数。
数式3的上部所示的针对牵引角β的运动方程包括直接项即牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1(＝x2(t))的项。对该直接项的输入直接被反映到输出。因此，在数式3的状态方程中，如其下部的针对转向操纵角α1的运动方程所示那样，为了成为能够除去直接项的影响而控制的结构，成为考虑到转向操纵机构11S的响应特性的模型。
输出方程由接下来的数式4表示。
数式4
但是，“y”是作为控制器的后退控制装置42的内部的控制量，在第1实施方式中为拖车12的假想转向操纵角α2。“atan”是反正切函数。“t”是时刻。
实际上为了进行控制，需要利用预测到的结果来决定给予作为控制对象的设备P的控制输入亦即操作量u(t)即目标转向操纵角α1 ＊。因此，在模型预测控制中，通过以所决定的取样周期求解最优化问题来唯一地决定控制输入。即，在模型预测控制中，考虑在各时刻t，使从各时刻t起至未来有限时间T为止的评价函数最小化的最优化问题。
评价函数J(u，t)由接下来的数式5表示。
数式5
其中，“U(τ)”是从时刻t至时刻t+T为止的设备P的控制量即从设备P的实际的控制输出亦即牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1。此外，“x(τ)”是以从时刻t至时刻t+T为止的控制输入亦即操作量u(τ)为基础，在时刻t从状态量x(t)出发的状态量的预测值。因此，最优化问题的初始条件为“x(τ)＝x(x)”。此外，L(x，u)是表示控制目标的标量值函数，且由例如距目标状态的误差或者控制输入的大小等构成。“τ”是当前的时刻，且关系式“t≤τ≤t+T”成立。
标量值函数L(x，u)由接下来的数式6表示。
数式6
L(x(τ)，u(τ))＝(y(x(τ))-yref)TQ(y(x(τ))-yref)+U(τ)TRU(τ)
其中，“y(x(τ))”是后退控制装置42的内部的控制量亦即拖车12的假想转向操纵角α2的这次的预测值。“yref”是后退控制装置42的内部的目标值亦即拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊。“U(τ)”是相对于设备P的操作量即相对于设备P的控制输入亦即目标转向操纵角α1 ＊。此外，数式6的右边第1项是拖车12的假想转向操纵角α2的这次的预测值与目标假想转向操纵角α2 ＊之间的偏差。数式6的右边第2项是相对于设备P的操作量亦即目标转向操纵角α1 ＊的大小。“Q”是针对拖车12的假想转向操纵角α2的这次的预测值与目标假想转向操纵角α2 ＊之间的偏差的权重矩阵。“R”是针对目标转向操纵角α1 ＊的大小的权重矩阵。这些权重矩阵Q、R的各要素是调整参数，例如通过计算机模拟来设定。
那么，应该最优化的函数是作为从时刻t至时刻t+T为止的控制输入的操作量u(τ)。后退控制装置42通过使用预定的数值最优化算法求解使从各时刻t起至未来有限时间T为止的评价函数J(u，t)最小化的上述的最优化问题而求出作为最优的控制输入的操作量u(τ)，仅将其初始值用作时刻t的实际的控制输入亦即操作量u(t)。后退控制装置42以所决定的取样周期Δt求解最优化问题。例如，后退控制装置42在下次的取样时刻t+Δt，求出使从取样时刻t+Δt至取样时刻t+Δt+T为止的评价函数J(u，t)最小化的最优的控制输入亦即操作量u(τ+Δt)，仅将其初始值用作时刻t+Δt的实际的控制输入亦即操作量u(t+Δt)。其后，后退控制装置42逐次反复每当转移至接下来的取样时刻时解决最优化问题而决定控制输入亦即操作量u(t)的处理。
顺便一提，在模型预测控制中，在各取样时刻，每次进行预测时，以通过计测装置50计测的值来修正当前时刻的状态量x(t)。即，在模型预测控制中，每次修正预测的初始值。因此，模型预测控制成为状态的反馈控制。如之前的图6的框线图所示那样，连结车辆系统具有将设备P的状态反馈给后退控制装置42的一个反馈回路。
此外，如数式5、6所示那样，在评价函数J(u，t)中，相对于后退控制装置42的内部的控制量亦即拖车12的假想转向操纵角α2的这次的预测值与目标假想转向操纵角α2 ＊之间的偏差而给予权重矩阵Q。此外，在评价函数J(u，t)中，相对于针对设备P的操作量亦即目标转向操纵角α1 ＊的大小而给予权重矩阵R。由此，能够抑制拖车12的假想转向操纵角α2的这次的预测值与前次的预测值之间的偏差，并且抑制运算过多的目标转向操纵角α1 ＊。此外，通过使牵引车11的转向操纵角α1的权重矩阵R成为转向操纵角速度感应，能够抑制目标转向操纵角α1 ＊的急剧变化。使基于权重矩阵R的权重越大，则越能够抑制目标转向操纵角α1 ＊的快速响应性。相反，使基于权重矩阵R的权重越小，则越能够更加提高目标转向操纵角α1 ＊的快速响应性。
＜后退支援控制的处理过程＞
接下来，对基于后退控制装置42的后退支援控制的处理过程进行说明。后退控制装置42以由操作者进行的后退支援控制的开始操作即显示装置20的画面21所显示的支援开始按钮21A被触摸操作作为契机而开始后退支援控制的执行。例如，后退控制装置42根据存储于内部存储器的后退控制程序来执行后退支援控制。
如图7的流程图所示，后退控制装置42首先设定拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊(步骤S101)。在步骤S101中，后退控制装置42基于由输入装置41生成的电信号S1即以拨盘41A的基准位置为基准的操作量或者操作位置，设定拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊。在本实施方式中，步骤S101的处理相当于第1处理。
接下来，后退控制装置42获取传感器信号(步骤S102)。在步骤S102中，后退控制装置42作为传感器信号而获取通过牵引角传感器51而检测的牵引角β、通过车速传感器52而检测的车速V以及通过转向操纵角传感器30C而检测的前轮11F的转向操纵角α1。
接下来，后退控制装置42对牵引车11的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊进行运算(步骤S103)。在步骤S103中，后退控制装置42基于步骤S102中获取到的牵引角β、前轮11F的转向操纵角α1以及车速V来运算拖车12的假想转向操纵角α2。在该步骤中，后退控制装置42以使运算出的假想转向操纵角α2收敛于目标假想转向操纵角α2 ＊的方式运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。在本实施方式中，步骤S103的处理相当于第2处理。
其后，后退控制装置42将步骤S103中运算出的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊向转向操纵控制装置30D输出(步骤S104)。转向操纵控制装置30D以使通过转向操纵角传感器30C而检测的前轮11F的转向操纵角α1与所输入的目标转向操纵角α1 ＊一致的方式控制马达30A的动作。由此，拖车12的假想转向操纵角α2追随于目标假想转向操纵角α2 ＊。在本实施方式中，步骤S104的处理相当于第3处理。
接下来，后退控制装置42判定是否结束后退支援控制(步骤S105)。具体而言，在步骤S105中，后退控制装置42判定是否由操作者进行了后退支援控制的结束操作即显示装置20的画面21所显示的支援结束按钮21B是否被触摸操作。后退控制装置42在没有结束后退支援控制的情况下即在没有进行由操作者进行的后退支援控制的结束操作的情况下(步骤S105中否)，向之前的步骤S101转移处理。后退控制装置42在结束后退支援控制的情况下即在由操作者进行了后退支援控制的结束操作的情况(步骤S105中是)，结束处理。
＜第1实施方式的作用＞
接下来，对第1实施方式的作用进行说明。
首先，对连结车辆10的后退右转弯时的运动模型进行说明。
如图8所示，连结车辆10为了在牵引车11与拖车12连结的状态下使拖车12向右方后退，需要使牵引车11的前轮11F向左方转向。连结车辆10需要使前轮11F向与使作为没有连结拖车12的单体车辆的牵引车11后退的情况相反方向转向。此时，牵引车11的姿态角速度θ1(·)即横摆率的方向成为左旋转方向。左旋转方向是指牵引车11的车身向左方旋转的方向。此外，拖车12的假想的前轮视为向右方转向，因此，拖车12的姿态角速度θ2(·)即横摆率的方向成为右旋转方向。右旋转方向是指拖车12的车身向右方旋转的方向。拖车12的横摆率的方向是与牵引车11的前轮11F的转向方向相反的方向。
接下来，对作为没有连结拖车12的单体车辆的牵引车11的后退右转弯时的运动模型进行说明。
如图9所示，连结车辆10为了使作为单体车辆的牵引车11向右方后退而使牵引车11的前轮11F向右方转向即可。此时，牵引车11的姿态角速度θ1(·)即横摆率的方向成为右旋转方向。拖车12的横摆率的方向是与牵引车11的前轮11F的转向方向相同的方向。
接下来，对在将拖车12视为具有假想的前轮的单体车辆时的拖车12的后退右转弯时的运动模型进行说明。
如图10所示，连结车辆10为了使作为单体车辆的拖车12向右方后退而使拖车12的假想的前轮向右方转向即可。此时，拖车12的姿态角速度θ2(·)即横摆率的方向成为右旋转方向。拖车12的横摆率的方向是与拖车12的假想的前轮的转向方向相同的方向。即，在将拖车12视为具有假想的前轮的单体车辆时，作为单体车辆的拖车12例如进行与普通乘用车相同的运动。
因此，与普通乘用车中通过方向盘的转向操纵而指定前轮的转向操纵角相同，操作者通过输入装置41的操作而指定拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊，由此能够如与普通乘用车相同的那样驾驶拖车12。
此外，基于由操作者进行的通过输入装置41的操作而指定的拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊来控制牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1，由此，无论拖车12的车身长度的长短如何均能够适当地支援拖车12的后退运动。
如图11的坐标图所示，无论拖车12的假想轴距12的误差比例如何，稳态偏差均几乎为“0”。此处的稳态偏差是后退控制装置42的内部的目标值亦即目标假想转向操纵角α2 ＊与后退控制装置42的内部的控制量亦即假想转向操纵角α2之差。从图11的坐标图可知：以无论与牵引车11连结的拖车12的假想轴距12如何均使拖车12的假想转向操纵角α2与目标假想转向操纵角α2 ＊一致的方式控制牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1。
假想轴距12越长则拖车12的车身长度必然越长。此外，假想轴距12越短则拖车12的车身长度必然越短。这样，拖车12的假想轴距12也是反映拖车12的车身长度的值。因此，从图11的坐标图读取出：以无论与牵引车11连结的拖车12的车身长度的长短如何均使拖车12的假想转向操纵角α2与目标假想转向操纵角α2 ＊一致的方式控制牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1。设想在牵引车11连结有车身长度不同的各种类型的拖车12。在这一点上，不论是相对于牵引车11连结有车身长度更长的拖车12的情况，还是连结有车身长度更短的拖车12的情况，均适当地支援拖车12的后退运动。
顺便一提，如图11的坐标图所示，稳态偏差随着牵引车11的轴距11的误差比例增加而呈指数地减少。此外，稳态偏差随着牵引车11的后轮11R与挂接点C1之间的距离h1的误差比例增加而逐渐增加。
＜第1实施方式的效果＞
因此，根据第1实施方式，能够得到以下的效果。
(1－1)操作者通过输入装置41的操作而指定拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊，能够将非线性并且不稳定系统的拖车12的后退运动视为仅牵引车11的单体车辆即前轮转向操纵的普通乘用车而进行控制。因此，能够更适当地支援连结车辆10的后退操作。操作者能够以与普通乘用车相同那样的感觉进行连结车辆10的后退操作。
(1－2)连结车辆系统具有将作为控制对象的设备P的状态(α1，β，V)反馈给后退控制装置42的一个反馈回路。通过使反馈回路成为一个，能够确保假想转向操纵角α2相对于目标假想转向操纵角α2 ＊的追随性。此外，也能够使拖车12的运动整体最优化。假想转向操纵角α2是后退控制装置42的内部的目标值。假想转向操纵角α2是后退控制装置42的内部的控制量。
(1－3)后退控制装置42使用非线性模型预测控制来运算目标转向操纵角α1 ＊。通过权重矩阵Q对假想转向操纵角α2相对于目标假想转向操纵角α2 ＊的追随性赋予权重。此外，通过权重矩阵R也对作为操作量的牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1赋予权重。通过上述权重矩阵Q、R的调整，能够抑制拖车12的假想转向操纵角α2相对于目标假想转向操纵角α2 ＊的偏差即误差，并且能够抑制运算过多的目标转向操纵角α1 ＊。
顺便一提，上述权重赋予拖车12的假想转向操纵角α2相对于目标假想转向操纵角α2 ＊的追随性以及牵引车11的状态量的一个亦即前轮11F的转向操纵角α1中的至少一个即可。这样，得到抑制拖车12的假想转向操纵角α2相对于目标假想转向操纵角α2 ＊的偏差以及抑制运算过多的目标转向操纵角α1 ＊中的至少一个效果。
此外，成为加权的对象的牵引车11的状态量不局限于前轮11F的转向操纵角α1。也可以将牵引车11的转向操纵角α1、牵引车11的转向操纵角速度、牵引车11的横摆率以及牵引车11的移动轨迹的曲率中的至少一个状态量作为加权的对象。这样，得到按照加权对象为转向操纵角α1的情况的效果。例如能够抑制牵引车11的急剧的行为变化。
＜第2实施方式＞
接下来，对将连结车辆的后退控制装置具体化的第2实施方式进行说明。本实施方式基本上具有与之前的图1～图11所示的第1实施方式相同的结构。本实施方式在后退控制装置42的结构这点上与第1实施方式不同。针对与第1实施方式相同的构件以及结构，标注同一附图标记，省略其详细的说明。
在之前的第1实施方式中的连结车辆10的后退控制中，在运动学的范围内处理牵引车11以及拖车12的运动。在运动学中，忽略轮胎的打滑等。但是，也认为在实际的连结车辆10的后退操作时，牵引车11例如由于前轮11F以及后轮11R的轮胎的打滑或悬架几何结构而以操作者不希望的转弯半径进行移动。悬架几何结构是指悬架的结构部件的几何形状或者配置。在本实施方式中，为了确保假想转向操纵角α2相对于目标假想转向操纵角α2 ＊的追随性，作为后退控制装置42，采用接下来的结构。
如图12所示，后退控制装置42除了具有之前的设定部42A以及控制部42B之外，还具有牵引车状态量控制部42C。顺便一提，在使控制部42B为第1控制部时，牵引车状态量控制部42C相当于第2控制部。相当于第1控制部的控制部42B和相当于第2控制部的牵引车状态量控制部42C也可以构成包含这些功能的单一控制部。
控制部42B基于由设定部42A设定的目标假想转向操纵角α2 ＊以及通过计测装置50的各种传感器检测的牵引角β、车速V以及转向操纵角α1，来运算牵引车11的目标横摆率YR＊。在本实施方式中，计测装置50包括检测牵引车11的横摆率的横摆率传感器。牵引车11的横摆率是牵引车11的状态量的一个。
设定部42A基于由输入装置41生成的电信号S1即以拨盘41A的基准位置为基准的操作量或者操作位置，设定拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊。
控制部42B以使拖车12的假想转向操纵角α2收敛于目标假想转向操纵角α2 ＊的方式运算牵引车11的目标横摆率YR＊。即，控制部42B为了使拖车12的假想转向操纵角α2与目标假想转向操纵角α2 ＊一致而通过假想转向操纵角α2的反馈控制的执行来运算牵引车11的目标横摆率YR＊。目标横摆率YR＊是反映有牵引车11的转弯状态的状态量例如横摆率YR的目标值亦即目标状态量。
牵引车状态量控制部42C获取由控制部42B运算的目标横摆率YR＊以及通过计测装置50的横摆率传感器而检测的牵引车11的横摆率YR。牵引车状态量控制部42C以使牵引车11的横摆率YR收敛于目标横摆率YR＊的方式运算牵引车11的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。即，牵引车状态量控制部42C为了使牵引车11的横摆率YR与目标横摆率YR＊一致，通过横摆率YR的反馈控制的执行来运算牵引车11的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。与横摆率YR的绝对值相比目标横摆率YR＊的绝对值越小，则目标转向操纵角α1 ＊的绝对值越增加。此外，与横摆率YR的绝对值相比目标横摆率YR＊的绝对值越大，则目标转向操纵角α1 ＊的绝对值越减少。
另外，连结车辆10的后退支援控制中使用的牵引车11的状态量为反映有牵引车11的转弯状态的状态量即可。作为反映有牵引车11的转弯状态的状态量，除横摆率YR以外还可举出例如牵引车11的横向加速度。在使用该横向加速度来执行连结车辆10的后退支援控制的情况下，计测装置50作为结构要素而具有横向加速度传感器。控制部42B通过假想转向操纵角α2的反馈控制的执行来运算牵引车11的目标横向加速度。牵引车状态量控制部42C为了使牵引车11的横向加速度追随于目标横向加速度而通过横向加速度的反馈控制的执行来运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。
此外，作为反映有牵引车11的转弯状态的状态量，可举出牵引车11的移动轨迹的曲率。牵引车11的移动轨迹的曲率根据例如横摆率YR以及车速V而得到。在使用该移动轨迹的曲率而执行连结车辆10的后退支援控制的情况下，控制部42B通过假想转向操纵角α2的反馈控制的执行来运算牵引车11的移动轨迹的目标曲率。牵引车状态量控制部42C为了使牵引车11的移动轨迹的曲率追随于目标曲率而通过曲率的反馈控制的执行来运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。
此外，在牵引车11例如为以前轮11F作为主驱动轮且以后轮11R作为副驱动轮的四轮驱动车辆的情况下，认为牵引车11具有用于更加提高其行驶性能的控制功能。该控制功能包括例如控制左右的车轮的驱动力的第1控制功能或者控制左右的车轮的制动力的第2控制功能。第1控制功能是指通过根据牵引车11的转弯状态使驱动力相对于左右的驱动轮即转弯内侧的驱动轮以及转弯外侧的驱动轮的分配比率变化来控制牵引车11的横摆力矩的功能。第2控制功能是指通过根据牵引车11的转弯状态使制动力相对于左右的车轮即转弯内侧的车轮以及转弯外侧的车轮的分配比率变化来控制牵引车11的横摆力矩的功能。这些驱动力的分配比率以及制动力的分配比率能够视为反映有牵引车11的转弯状态的状态量。
在牵引车11具有第1控制功能的情况下，控制部42B也可以使用驱动力相对于左右的驱动轮的分配比率来执行连结车辆10的后退支援控制。此时，控制部42B通过假想转向操纵角α2的反馈控制的执行来运算驱动力相对于左右的驱动轮的目标分配比率。牵引车状态量控制部42C为了使驱动力相对于左右的驱动轮的分配比率追随于目标分配比率而通过分配比率的反馈控制的执行来运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。
在牵引车11具有第2控制功能的情况下，控制部42B也可以使用制动力相对于左右的车轮的分配比率来执行连结车辆10的后退支援控制。此时，控制部42B通过假想转向操纵角α2的反馈控制的执行，来运算制动力相对于左右的车轮的目标分配比率。牵引车状态量控制部42C为了使制动力相对于左右的车轮的分配比率追随于目标分配比率而通过分配比率的反馈控制的执行来运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。
＜第2实施方式的效果＞
因此，根据第2实施方式，能够得到以下的效果。
(2－1)控制部42B通过假想转向操纵角α2的反馈控制的执行来运算牵引车11的目标状态量。目标状态量是指针对反映有牵引车11的转弯状态的特定的状态量的目标值。牵引车状态量控制部42C通过特定的状态量的反馈控制的执行来运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。由此，能够使牵引车11的运动更加接近忽略轮胎的打滑等的运动模型即几何模型。此外，能够更加提高假想转向操纵角α2相对于目标假想转向操纵角α2 ＊的追随性。
(2－2)反映有牵引车11的转弯状态的特定的状态量能够根据牵引车11的规格等而选择适当的状态量。特定的状态量是例如牵引车11的横摆率YR、横向加速度、驱动力相对于左右的驱动轮的分配比率、或制动力相对于左右的车轮的分配比率。
＜第3实施方式＞
接下来，对将连结车辆的后退控制装置具体化的第3实施方式进行说明。本实施方式基本上具有与之前的图1～图11所示的第1实施方式相同的结构。本实施方式在后退控制装置42的结构这点上与第1实施方式不同。因此，对与第1实施方式相同的构件以及结构标注同一附图标记，省略其详细的说明。
如图13所示，后退控制装置42除了具有之前的控制部42B之外，还具有目标轨道生成部42D以及轨道追随控制部42E。省略之前的设定部42A。
目标轨道生成部42D获取由操作者指定的拖车12的目标位置PS＊。目标位置PS＊是操作者想要使拖车12移动的位置。操作者一边观察例如显示装置20的画面21所显示的从连结车辆10的正上方观察的影像亦即俯视图一边指定想要使拖车12移动的目标位置PS＊。操作者通过相对于显示装置20的画面21的触摸操作来指定拖车12的目标位置PS＊。
但是，操作者也可以通过一边观察显示装置20的画面21所显示的连结车辆10的俯视图一边操作输入装置41，由此指定拖车12的目标位置PS＊。
目标轨道生成部42D通过自由空间识别装置53来识别拖车12能够行驶的自由空间SP。自由空间识别装置53例如包括设置于牵引车11以及拖车12的多个相机。自由空间识别装置53通过多个相机来拍摄牵引车11以及拖车12的周围即连结车辆10的周围的影像。
目标轨道生成部42D通过作为计测装置50的结构要素而设置的GPS传感器来获取表示拖车12的当前的位置的位置PS。GPS传感器接收来自GPS(Global PositioningSystem)用的人工卫星的测位信号。GPS传感器基于所接收的测位信号来检测拖车12的位置PS。所检测的位置的信息例如包括纬度、经度以及高度。
目标轨道生成部42D基于由操作者指定的拖车12的目标位置PS＊、通过自由空间识别装置53而识别的自由空间SP以及开始后退的拖车12的位置PS，生成拖车12的目标轨道OB。目标轨道OB是从拖车12的位置PS至目标位置PS＊为止的理想路径。但是，目标轨道生成部42D以拖车12不与障碍物等碰撞的方式并且以不产生折刀现象的方式生成拖车12的目标轨道OB。折刀现象是指在连结车辆10的后退操作时牵引车11与拖车12的连结部分亦即挂接点C1处，牵引角β变大的现象。顺便一提，目标轨道生成部42D也可以不考虑自由空间SP，而仅基于拖车12的目标位置PS＊以及拖车12的位置PS而生成拖车12的目标轨道OB。
轨道追随控制部42E获取由目标轨道生成部42D生成的拖车12的目标轨道OB以及通过计测装置50的GPS传感器而检测的拖车12的位置PS。轨道追随控制部42E基于开始后退的拖车12的位置PS，运算用于供拖车12沿着目标轨道OB行驶的目标假想转向操纵角α2 ＊。
控制部42B基于由轨道追随控制部42E设定的目标假想转向操纵角α2 ＊以及通过计测装置50而检测的牵引角β、车速V以及前轮11F的转向操纵角α1，来运算牵引车11的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。控制部42B以使拖车12的假想转向操纵角α2收敛于目标假想转向操纵角α2 ＊的方式运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。即，控制部42B为了使拖车12的假想转向操纵角α2与目标假想转向操纵角α2 ＊一致而通过假想转向操纵角α2的反馈控制的执行来运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。
像这样以使牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1追随于运算出的目标转向操纵角α1 ＊的方式进行控制，由此拖车12能够沿着目标轨道OB行驶。即，朝向由操作者指定的拖车12的目标位置PS＊而自动地控制方向盘。因此，操作者能够专心于加速器和制动器的操作。操作者能够一边通过加速器和制动器的操作而调节连结车辆10的后退速度一边使拖车12向目标位置PS＊移动。
顺便一提，后退控制装置42也可以通过其他车辆控制装置而自动控制加速器、制动器以及变速档的操作。这样，能够构建拖车12的自动后退系统。操作者在指定了拖车12的目标位置PS＊之后，仅通过对显示装置20的画面21所显示的支援开始按钮21A进行触摸操作，便能够完成拖车12的后退操作。通过包括转向操纵控制装置30D的各种车辆控制装置，自动控制方向盘、加速器、制动器以及变速档。由此，拖车12顺畅地向目标位置PS＊移动。但是，变速档的切换也可以由操作者进行。
＜第3实施方式的效果＞
因此，根据第3实施方式，能够得到以下的效果。
(3－1)朝向由操作者指定的拖车12的目标位置PS＊而自动地控制方向盘即牵引车11的前轮11F的转向操纵角α1。因此，操作者能够专心于加速器和制动器的操作。操作者能够一边通过加速器和制动器的操作而调节连结车辆10的后退速度一边使拖车12向目标位置PS＊移动。
(3－2)拖车12视为具有假想的前轮的单体车辆。能够利用该特征来构建连结车辆10的自动后退系统。例如根据控制部42B的内部的控制量为拖车12的假想转向操纵角α2，能够将现有的普通乘用车用的自动停车控制应用于拖车12的自动后退控制。因此，不需要新开发用于使拖车12追随于目标轨道OB的控制。
＜第4实施方式＞
接下来，对将连结车辆的后退控制装置具体化的第4实施方式进行说明。本实施方式基本上具有与之前的图1～图11所示的第1实施方式相同的结构。本实施方式在牵引车11具有自动停车功能这点上与第1实施方式不同。因此，对与第1实施方式相同的构件以及结构标注同一附图标记，省略其详细的说明。
如图14所示，连结车辆10的反馈控制系统具有后退控制装置42以及控制对象亦即设备P。此外，连结车辆10的反馈控制系统具有判定部61、牵引车检测部62、拖车检测部63、第1切换部64、停车控制部65以及第2切换部66。停车控制部65是相对于后退控制装置42的上位的控制装置。
判定部61判定是否在牵引车11连结有拖车12。判定部61基于例如检测拖车12相对于牵引车11的连结的传感器的检测结果，来判定是否在牵引车11连结有拖车12。判定部61在判定为在牵引车11连结有拖车12时，将标志FG的值设置为“1”。判定部61在判定为没有在牵引车11连结拖车12时，将标志FG的值设置为“0”。
牵引车检测部62对牵引车11的周边信息以及牵引车11的状态量进行检测。牵引车检测部62包括用于检测牵引车11的周边信息的相机以及雷达等。此外，牵引车检测部62包括用于检测牵引车11的状态量的各种传感器。牵引车检测部62生成包括所检测的牵引车11的周边信息以及牵引车11的状态量在内的电信号ST1。
拖车检测部63对拖车12的周边信息以及拖车12的状态量进行检测。拖车检测部63包括用于检测拖车12的周边信息的相机以及雷达等。此外，拖车检测部63包括用于检测拖车12的状态量的各种传感器。拖车检测部63生成包括所检测的拖车12的周边信息以及拖车12的状态量在内的电信号ST2。
第1切换部64根据通过判定部61设定的标志FG的值，切换向停车控制部65供给的电信号。第1切换部64在标志FG的值为“0”时即没有在牵引车11连结拖车12时，向停车控制部65供给由牵引车检测部62生成的电信号ST1。第1切换部64在标志FG的值为“1”时即在牵引车11连结有拖车12时，向停车控制部65供给由拖车检测部63生成的电信号ST2。
停车控制部65在自动停车功能开启时，以与由判定部61设定的标志FG的值对应的方式，运算牵引车11的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。停车控制部65在标志FG的值为“0”时即没有在牵引车11连结拖车12时，基于由操作者指定的停车空间以及通过GPS传感器而检测的牵引车11的位置，生成牵引车11的目标轨道。目标轨道是从牵引车11的当前的位置至作为目标位置的停车空间为止的理想路径。但是，停车控制部65以使牵引车11不与障碍物等碰撞的方式生成牵引车11的目标轨道。停车控制部65基于所生成的牵引车11的目标轨道以及牵引车11的当前的位置，运算用于供牵引车11沿着目标轨道行驶的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。此时运算的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊是与牵引车11相关的信号。这样，在标志FG的值为“0”时即没有在牵引车11连结拖车12时，运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊的停车控制部65的功能相当于第1运算功能。
停车控制部65在标志FG的值为“1”时即在牵引车11连结有拖车12时，将拖车12视为具有假想的前轮的单体车辆而生成拖车12的目标轨道。停车控制部65基于例如通过由操作者进行的特定的操作而指定的停车空间以及通过GPS传感器而检测的拖车12的位置，生成作为单体车辆的拖车12的目标轨道。目标轨道是从拖车12的当前的位置至作为目标位置的停车空间为止的理想路径。但是，停车控制部65以使拖车12不与障碍物等碰撞的方式并且以不产生折刀现象的方式生成拖车12的目标轨道。停车控制部65基于所生成的拖车12的目标轨道以及拖车12的当前的位置，运算用于供作为单体车辆的拖车12沿着目标轨道行驶的假想的前轮的目标转向操纵角α1 ＊。此时所运算的目标转向操纵角α1 ＊与拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊相等。这样，在标志FG的值为“1”时即在牵引车11连结有拖车12时，运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊的停车控制部65的功能相当于第2运算功能。
后退控制装置42将由停车控制部65运算的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊设定为目标假想转向操纵角α2 ＊。后退控制装置42以使拖车12的假想转向操纵角α2收敛于目标假想转向操纵角α2 ＊的方式运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。即，控制部42B为了使拖车12的假想转向操纵角α2与目标假想转向操纵角α2 ＊一致，通过假想转向操纵角α2的反馈控制的执行来运算前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。此时所运算的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊是与拖车12相关的信号。
第2切换部66根据由判定部61设定的标志FG的值，切换向设备P供给的电信号。第2切换部66在标志FG的值为“0”时即没有在牵引车11连结拖车12时，向设备P供给由停车控制部65运算的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。第2切换部66在标志FG的值为“1”时即在牵引车11连结有拖车12时，向设备P供给由后退控制装置42运算的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。
转向操纵控制装置30D以使通过转向操纵角传感器30C而检测的前轮11F的转向操纵角α1与目标转向操纵角α1 ＊一致的方式控制马达30A的动作。由此，当没有在牵引车11连结拖车12的情况下，牵引车11能够沿着其目标轨道行驶。通过自动停车功能的执行，牵引车11从当前的位置自动地移动至指定的停车空间。此外，当在牵引车11连结有拖车12的情况下，拖车12能够沿着其目标轨道行驶。通过自动停车功能的执行，拖车12从当前的位置自动地移动至指定的停车空间。
＜第4实施方式的效果＞
因此，根据第4实施方式，能够得到以下的效果。
(4－1)根据是否在牵引车11连结有拖车12，将自动停车中使用的信号在与牵引车11相关的信号和与拖车12相关的信号之间切换。当在牵引车11连结有拖车12的情况下，将拖车12视为具有假想的前轮的单体车辆而运算拖车12的假想的前轮的目标转向操纵角α1 ＊。即，通过与没有在牵引车11连结拖车12的情况相同的处理过程，运算目标转向操纵角α1 ＊。此时所运算的目标转向操纵角α1 ＊与拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊相等。因此，当在牵引车11连结有拖车12的情况下，将目标转向操纵角α1 ＊设定为目标假想转向操纵角α2 ＊，并且运算用于实现该设定的目标假想转向操纵角α2 ＊的前轮11F的目标转向操纵角α1 ＊。通过以使前轮11F的转向操纵角α1追随于目标转向操纵角α1 ＊的方式执行转向操纵角α1的反馈控制，拖车12能够沿着其目标轨道行驶。这样，能够使用现有的自动停车逻辑使拖车12自动停车。
(4－2)通过没有在牵引车11连结拖车12时和在牵引车11连结有拖车12时共享牵引车11单体的自动停车功能的逻辑，能够以合理成本实现拖车12的自动后退。
＜其他实施方式＞
另外，各实施方式也可以如接下来那样变更实施。各实施方式以及以下的变形例能够在技术上不矛盾的范围内相互组合而实施。
·如第1以及第2实施方式那样，作为牵引车11的转向操纵机构而采用将前轮11F与方向盘之间以能够进行动力传递的方式连结的类型的转向操纵机构的情况下，输入装置41也可以采用接下来的结构。例如，输入装置41也可以采用取代之前的拨盘41A而具有滑块的结构。后退控制装置42基于滑块的位置来设定拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊。后退控制装置42使用例如规定滑块的位置与拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊之间的关系的映射来运算与滑块的位置对应的目标假想转向操纵角α2 ＊。顺便一提，滑块也可以是指定连结车辆10的后退方向或者后退路径的专用品，也可以是用于操作其他车载设备的滑块。
·如第1以及第2实施方式那样，作为牵引车11的转向操纵机构而采用将前轮11F与方向盘之间以能够进行动力传递的方式连结的类型的转向操纵机构的情况下，输入装置41也可以采用接下来的结构。例如，输入装置41也可以是在车室内的驾驶座的附近设置的触摸面板等显示装置。在该显示装置的画面显示有假想的方向盘的图案。顺便一提，显示装置也可以是之前的显示装置20，也可以是与显示装置20分开的显示装置。操作者通过相对于显示装置的画面所显示的假想的方向盘的触摸操作或者轻拂操作，来指定连结车辆10的后退方向或者后退路径。后退控制装置42基于相对于假想的方向盘的触摸位置或者轻拂量来设定拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊。
·在第1～第4实施方式中，作为牵引车11的转向操纵机构，也可以采用将前轮11F与方向盘之间的动力传递切断的线控转向类型的转向操纵机构。例如，在第1以及第2实施方式中，也可以将方向盘用作输入装置41。这是由于能够使前轮11F与方向盘相互独立地进行动作。顺便一提，牵引车11的前轮11F通过转向马达的驱动而被转向操纵。例如，以连结车辆10的后退支援功能从关闭向开启切换作为契机，方向盘的功能向作为输入装置41的功能切换。操作者通过方向盘的操作而指定连结车辆10的后退方向或者后退路径。后退控制装置42基于方向盘的操作位置或者操作量而设定拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊。
·在第1～第4实施方式中，作为牵引车11的转向操纵机构，也可以采用传动比可变转向系统。传动比可变转向系统为了提高转向操纵性，通过设置于转向轴的VGR马达的驱动而使方向盘的转向操纵角与前轮11F的转向操纵角的比率亦即传动比变化。例如，在第1以及第2实施方式中，也可以是，在具有能够使方向盘与前轮11F相互独立地进行动作的范围时，在该范围内使方向盘作为输入装置41发挥功能。
·在第1～第4实施方式中，作为牵引车11的转向操纵机构，也可以采用具有将前轮11F与方向盘之间以能够进行动力传递的方式连结的前轮转向操纵机构以及使后轮11R能够独立地转向操纵的后轮转向操纵机构的转向操纵机构。例如，在第1以及第2实施方式中，作为输入装置41，也可以将方向盘用作输入装置41。这是由于虽方向盘与前轮11F相互连结，但后轮11R自由地进行动作。顺便一提，后轮11R通过转向马达的驱动而被转向操纵。
·在第1～第4实施方式中，也可以通过用于操作现有的车载设备的按钮的操作而使通过输入装置41的操作而指定的拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊增减。例如，以连结车辆10的后退支援功能从关闭向开启切换作为契机，车载设备的按钮的功能从进行车载设备的操作的功能向指定拖车12的后退方向或者后退路径的功能切换。作为车载设备，可举出音响装置、收音机或者空调等。操作者能够通过车载设备的按钮的操作而对拖车12的目标假想转向操纵角α2 ＊进行微调节。
·在第1～第4实施方式中，后退控制装置42也可以在后退支援控制的执行中，抑制由操作者进行的转向操纵干预。后退控制装置42基于例如通过扭矩传感器30B而检测的转向操纵扭矩τstr来检测由操作者进行的转向操纵干预。后退控制装置42在检测到由操作者进行的转向操纵干预时，对操作者警告转向操纵干预的中止或者后退支援控制的执行停止。警告通过例如在显示装置20显示消息或者通过车载的扬声器发出声音来进行。
·在第1～第4实施方式中，牵引车11也可以具有所谓的自动驾驶功能。例如，也可以构成为能够从远程驾驶操作牵引车11。由此，远离连结车辆10的操作者利用电信技术而进行连结车辆10的驾驶操作。连结车辆10的后退方向或者后退路径通过远程操作来指定。远程操作例如通过操作远程操作装置的操作构件来进行。连结车辆10也可以能够选择性地进行车室内的驾驶操作以及从车室外的远程操作。
·本说明书中使用的“至少一个”这样的表述是指所希望的选项的“一个以上”。作为一个例子，本说明书中使用的“至少一个”这样的表述若选项的数量为两个则是指“仅一个选项”或“两个选项双方”。作为其他例子，本说明书中使用的“至少一个”这样的表述若选项的数量为3个以上则是指“仅一个选项”或“两个以上的任意选项的组合”。

Claims (9)

1.一种连结车辆的后退控制装置，其特征在于，
所述连结车辆具有：牵引车，其具有改变所述连结车辆的行进方向的车轮亦即转向操纵轮；以及拖车，其由所述牵引车牵引，
所述牵引车搭载转向操纵控制装置，所述转向操纵控制装置构成为执行使所述转向操纵轮的转向操纵角追随于目标转向操纵角的反馈控制，
所述后退控制装置具备控制部，所述控制部构成为在进行所述连结车辆的后退操作时以使假想转向操纵角追随于目标假想转向操纵角的方式运算所述目标转向操纵角，
所述假想转向操纵角是在将所述拖车视为单体车辆的情况下假想地存在于所述拖车的转向操纵轮的转向操纵角，
所述目标假想转向操纵角是通过由操作者进行的特定的操作而设定的所述假想转向操纵角的目标值。
2.根据权利要求1所述的连结车辆的后退控制装置，其特征在于，
所述牵引车具有操作者能够操作的操作构件，
所述特定的操作是所述操作构件的操作，
所述后退控制装置具有设定部，所述设定部构成为基于所述操作构件的操作量或者操作位置而设定所述目标假想转向操纵角，
所述控制部构成为以使所述假想转向操纵角追随于由所述设定部设定的所述目标假想转向操纵角的方式运算所述目标转向操纵角。
3.根据权利要求1所述的连结车辆的后退控制装置，其特征在于，
所述控制部具有：
第1控制部，其构成为通过使所述假想转向操纵角追随于所述目标假想转向操纵角的反馈控制的执行，来运算反映有所述牵引车的转弯状态的状态量的目标值亦即目标状态量；以及
第2控制部，其构成为通过使反映有所述牵引车的转弯状态的状态量追随于所述目标状态量的反馈控制的执行，来运算所述目标转向操纵角。
4.根据权利要求1所述的连结车辆的后退控制装置，其特征在于，
所述牵引车具有检测所述拖车的当前的位置的传感器，
所述后退控制装置具有：
目标轨道生成部，其构成为基于通过所述特定的操作而指定的所述拖车的目标位置以及通过所述传感器而检测的所述拖车的位置，生成从所述拖车的当前的位置至所述目标位置为止的理想路径亦即目标轨道；以及
轨道追随控制部，其构成为基于通过所述传感器而检测的所述拖车的位置，运算用于供所述拖车沿着所述目标轨道行驶的所述目标假想转向操纵角，
所述控制部构成为以使所述假想转向操纵角追随于所述目标假想转向操纵角的方式运算所述目标转向操纵角。
5.根据权利要求1所述的连结车辆的后退控制装置，其特征在于，
所述牵引车具有构成为执行自动停车功能的停车控制部，
所述停车控制部具有：
第1运算功能，其在没有在所述牵引车连结所述拖车时，对用于使所述牵引车沿着基于由操作者指定的停车空间以及所述牵引车的位置而生成的目标轨道行驶的所述目标转向操纵角进行运算；以及
第2运算功能，其在所述牵引车连结有所述拖车时，对用于使所述拖车沿着基于所述停车空间以及被视为单体车辆的所述拖车的位置而生成的目标轨道行驶的所述目标转向操纵角进行运算，
所述控制部构成为，将所述目标转向操纵角设定为所述目标假想转向操纵角，以使所述假想转向操纵角追随于该设定的目标假想转向操纵角的方式运算所述目标转向操纵角，
在没有在所述牵引车连结所述拖车时将通过所述第1运算功能而运算的所述目标转向操纵角供给于所述转向操纵控制装置，另一方面，在所述牵引车连结有所述拖车时将通过所述控制部而运算的所述目标转向操纵角供给于所述转向操纵控制装置。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的连结车辆的后退控制装置，其特征在于，
所述控制部构成为执行：
使用非线性模型预测控制而运算所述目标转向操纵角的处理；以及
使所述假想转向操纵角相对于所述目标假想转向操纵角的追随性以及所述牵引车的状态量中的至少一个具有权重的处理。
7.根据权利要求6所述的连结车辆的后退控制装置，其特征在于，
通过所述控制部的处理而具有权重的所述状态量是所述牵引车的转向操纵角、所述牵引车的转向操纵角速度、所述牵引车的横摆率、以及所述牵引车的移动轨迹的曲率中的至少一个。
8.一种计算机可读介质，是存储有通过连结车辆的后退控制装置而执行的后退控制程序的计算机可读介质，其特征在于，
所述连结车辆具有：牵引车，其具有改变所述连结车辆的行进方向的车轮亦即转向操纵轮；以及拖车，其由所述牵引车牵引，所述牵引车搭载转向操纵控制装置，所述转向操纵控制装置构成为执行使所述转向操纵轮的转向操纵角追随于目标转向操纵角的反馈控制，所述后退控制程序构成为，在进行所述连结车辆的后退操作时，使所述后退控制装置执行：
第1处理，其设定目标假想转向操纵角；
第2处理，其以使假想转向操纵角追随于所述第1处理中设定的所述目标假想转向操纵角的方式运算所述目标转向操纵角；以及
第3处理，其向所述转向操纵控制装置供给所述第2处理中运算的所述目标转向操纵角，
所述假想转向操纵角是在将所述拖车视为单体车辆的情况下假想地存在于所述拖车的转向操纵轮的转向操纵角，
所述目标假想转向操纵角是通过由操作者进行的特定的操作而设定的所述假想转向操纵角的目标值。
9.一种连结车辆的后退控制方法，其特征在于，
所述连结车辆具有：牵引车，其具有改变所述连结车辆的行进方向的车轮亦即转向操纵轮；以及拖车，其由所述牵引车牵引，所述牵引车搭载转向操纵控制装置，所述转向操纵控制装置构成为执行使所述转向操纵轮的转向操纵角追随于目标转向操纵角的反馈控制，
所述后退控制方法包括：在进行所述连结车辆的后退操作时以使假想转向操纵角追随于目标假想转向操纵角的方式运算所述目标转向操纵角，
所述假想转向操纵角是在将所述拖车视为单体车辆的情况下假想地存在于所述拖车的转向操纵轮的转向操纵角，
所述目标假想转向操纵角是通过由操作者进行的特定的操作而设定的所述假想转向操纵角的目标值。
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