JP7685378B2 - 連結車両の後退制御装置および連結車両の後退制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、連結車両の後退制御装置および連結車両の後退制御プログラムに関する。

従来、トラクタとしての車両にトレーラが連結された連結車両が存在する。連結車両の操縦は、普通乗用車などの単体車両の操縦と比べて難しい。特に、連結車両の後退操作では、トレーラが連結されていない単体車両を後退させる場合のステアリング操作とは反対のステアリング操作が必要となる。

そこで、従来、連結車両の後退操作を支援するシステムが提案されている。たとえば特許文献１のシステムは、運転者がアクセルペダルおよびブレーキペダルを使用して車両の後退速度を制御するとき、トレーラが運転者によって指定される基準経路に沿って移動するように車両を自動的に操舵する。システムの曲率コントローラは、トラクタの操舵角に基づきトレーラを基準経路に沿って後退させるための制御を実行する。曲率コントローラは、曲率レギュレータおよびヒッチ角レギュレータを有している。

曲率レギュレータは、計測モジュールから提供される現在の操舵角および入力デバイスを通じて入力されるトレーラ経路の目標曲率に基づき目標ヒッチ角を演算する。ヒッチ角レギュレータは、曲率レギュレータにより演算される目標ヒッチ角に現在のヒッチ角を追従させるべく、ヒッチ角のフィードバック制御の実行を通じて電動パワーステアリングシステムに対する操舵角コマンドを演算する。電動パワーステアリングシステムは操舵角コマンドに基づきステアリングホイールを回転させる。

米国特許第９５９２８５１号明細書

ところが、特許文献１のシステムにおいては、つぎのようなことが懸念される。すなわち、曲率レギュレータは、ヒッチ角レギュレータの操作量である操舵角を使用してヒッチ角レギュレータの目標値である目標ヒッチ角を演算する。ヒッチ角レギュレータの目標値がヒッチ角レギュレータ自らの操作で変わるため、目標ヒッチ角に対するヒッチ角の収束性が低下するおそれがある。したがって、入力デバイスを通じて入力される運転者の意図した曲率で連結車両を後退させること、ひいては連結車両を所望の位置へ到達させることが難しい。

上記課題を解決する連結車両の後退制御装置は、車両の進行方向を変える車輪である操舵輪の操舵角を目標操舵角に追従させるフィードバック制御を実行する操舵制御装置が搭載されるトラクタと、前記トラクタによって牽引されるトレーラとを有する連結車両の後退制御装置である。連結車両の後退制御装置は、前記連結車両の後退操作が行われるとき、前記トレーラを単体車両とみなした場合の前記トレーラの仮想的な操舵輪の操舵角である仮想操舵角が、操作者による特定の操作を通じて設定される前記仮想操舵角の目標値である目標仮想操舵角に追従するように、前記トラクタの操舵輪の目標操舵角を演算する制御部を有している。

この構成によれば、非線形かつ不安定系のトレーラの後退運動をトラクタのみの単体車両、すなわち前輪操舵の普通乗用車とみなして制御することができる。このため、連結車両の後退操作をより適切に支援することができる。操作者は、連結車両の後退操作を普通乗用車と同じような感覚で行うことができる。

上記の連結車両の後退制御装置において、前記特定の操作は操作部材の操作であって、前記操作部材の操作量あるいは操作位置に基づき前記トレーラの目標仮想操舵角を設定する設定部を有していてもよい。この場合、前記制御部は、前記設定部により設定される前記トレーラの目標仮想操舵角に前記トレーラの仮想操舵角が追従するように、前記トラクタの操舵輪の目標操舵角を演算するようにしてもよい。

この構成によれば、操作者は操作部材の操作を通じてトレーラの目標仮想操舵角を設定することができる。
上記の連結車両の後退制御装置において、前記制御部は、第１の制御部と第２の制御部とを有していてもよい。第１の制御部は、前記トレーラの仮想操舵角を前記トレーラの目標仮想操舵角に追従させるフィードバック制御の実行を通じて前記トラクタの旋回状態が反映される状態量の目標値である目標状態量を演算する。第２の制御部は、前記トラクタの旋回状態が反映される状態量を前記第１の制御部により演算される前記トラクタの目標状態量に追従させるフィードバック制御の実行を通じて前記トラクタの操舵輪の目標操舵角を演算する。

連結車両の後退制御では、連結車両の運動、すなわちトラクタおよびトレーラの運動を運動学の範囲で取り扱うことがある。運動学では、タイヤのスリップなどが無視される。しかし、実際の連結車両の後退操作時、トラクタは、たとえば前輪および後輪のタイヤのスリップまたはサスペンションジオメトリに起因して、操作者の意図しない旋回半径で移動することが考えられる。この点、上記の構成によれば、トラクタの運動をタイヤのスリップなどが無視される運動モデルによりいっそう近づけることができる。このため、トレーラの目標仮想操舵角に対する仮想操舵角の追従性をより向上させることができる。

上記の連結車両の後退制御装置において、目標軌道生成部と軌道追従制御部とを有していてもよい。目標軌道生成部は、操作者による特定の操作を通じて指定される前記トレーラの目標位置およびセンサを通じて検出される前記トレーラの位置に基づき、トレーラの現在の位置から前記目標位置までの理想的なルートである前記トレーラの目標軌道を生成する。軌道追従制御部は、前記センサを通じて検出される前記トレーラの位置に基づき、前記トレーラが前記目標軌道生成部により生成される前記トレーラの目標軌道に沿って走行するための前記トレーラの目標仮想操舵角を演算する。この場合、前記制御部は、前記トレーラの仮想操舵角が前記軌道追従制御部により演算される前記トレーラの目標仮想操舵角に追従するように、前記トラクタの操舵輪の目標操舵角を演算するようにしてもよい。

この構成によれば、操作者により指定されるトレーラの目標位置に向けてトラクタの操舵輪の操舵角が自動制御される。これにより、トレーラは目標軌道に沿って走行することが可能となる。

上記の連結車両の後退制御装置において、前記トラクタは、自動駐車機能を実行する駐車制御部を有していてもよい。前記駐車制御部は、たとえば第１の演算機能と第２の演算機能とを有している。第１の演算機能は、前記トラクタに前記トレーラが連結されていないとき、操作者によって指定される駐車スペースおよび前記トラクタの位置に基づき生成される目標軌道に沿って前記トラクタが走行するための前記目標操舵角を演算する機能である。第２の演算機能は、前記トラクタに前記トレーラが連結されているとき、前記駐車スペースおよび単体車両とみなした前記トレーラの位置に基づき生成される目標軌道に沿って前記トレーラが走行するための前記目標操舵角を演算する機能である。この場合、前記制御部は、前記駐車制御部により演算される目標操舵角を前記トレーラの目標仮想操舵角として設定し、この設定される目標仮想操舵角に前記トレーラの仮想操舵角が追従するように前記トラクタの目標操舵角を演算するようにしてもよい。そして、前記トラクタに前記トレーラが連結されていないときには前記第１の演算機能を通じて演算される前記トラクタの目標操舵角が前記操舵制御装置に供給されるようにしてもよい。また、前記トラクタに前記トレーラが連結されているときには前記制御部により演算される前記トラクタの目標操舵角が前記操舵制御装置に供給されるようにしてもよい。

この構成によれば、トラクタにトレーラが連結されている場合、トレーラを単体車両とみなしてトラクタの目標操舵角が演算される。すなわち、トラクタにトレーラが連結されていない場合と同様の処理手順で、目標操舵角が演算される。このとき演算される目標操舵角は、トレーラの目標仮想操舵角と等しい。このため、トラクタにトレーラが連結されている場合、目標操舵角が目標仮想操舵角として設定されるとともに、その設定される目標仮想操舵角を実現するための目標操舵角が演算される。トラクタの操舵角が目標操舵角に追従するように、操舵角のフィードバック制御が実行されることにより、トレーラはその目標軌道に沿って走行することが可能となる。このように、既存の自動駐車ロジックを使用してトレーラを自動駐車することができる。

上記の連結車両の後退制御装置において、前記制御部は、非線形モデル予測制御を使用して前記トラクタの目標操舵角を演算するようにしてもよい。また、前記トレーラの目標仮想操舵角に対する前記仮想操舵角の追従性および前記トラクタの状態量のうち少なくとも１つに重みが持たせられていてもよい。

この構成によれば、トレーラの目標仮想操舵角に対する仮想操舵角の追従性およびトラクタの状態量のうち少なくとも１つに対する重みのチューニングを通じて、トレーラの目標仮想操舵角に対する仮想操舵角の偏差を抑制すること、およびトラクタの急激な挙動変化を抑えることのうち少なくとも一方の効果を得ることが可能である。

上記の連結車両の後退制御装置において、前記状態量に重みが持たせられる場合、前記状態量は、前記トラクタの操舵角、前記トラクタの操舵角速度、前記トラクタのヨーレート、および前記トラクタの移動軌跡の曲率のうち少なくとも１つであってもよい。

この構成によれば、トラクタの操舵角、トラクタの操舵角速度、トラクタのヨーレート、およびトラクタの移動軌跡の曲率のうち少なくとも１つに重みが持たせられることによって、トラクタの急激な挙動変化を抑制することができる。

上記課題を解決する連結車両の後退制御プログラムは、車両の進行方向を変える車輪である操舵輪の操舵角を目標操舵角に追従させるフィードバック制御を実行する操舵制御装置が搭載されるトラクタと、前記トラクタによって牽引されるトレーラとを有する連結車両の後退を制御するための処理をコンピュータに実行させる連結車両の後退制御プログラムである。この連結車両の後退制御プログラムは、前記連結車両の後退操作が行われるとき、前記トレーラを単体車両とみなした場合の前記トレーラの仮想的な操舵角である仮想操舵角の目標値としての目標仮想操舵角を操作者による特定の操作に基づき設定する第１の段階と、前記第１の段階で設定される前記目標仮想操舵角に前記トレーラの仮想操舵角が追従するように前記トラクタの目標操舵角を演算する第２の段階と、前記第２の段階で演算される前記トラクタの目標操舵角を前記操舵制御装置へ供給する第３の段階と、を有している。

この後退制御プログラムによれば、非線形かつ不安定系のトレーラの後退運動をトラクタのみの単体車両、すなわち前輪操舵の普通乗用車とみなして制御することができる。このため、連結車両の後退操作をより適切に支援することができる。操作者は、連結車両の後退操作を普通乗用車と同じような感覚で行うことができる。

本発明の連結車両の後退制御装置および連結車両の後退制御プログラムによれば、連結車両の後退操作をより適切に支援することができる。

後退支援装置の第１の実施の形態が搭載される連結車両の斜視図。 後退支援装置の第１の実施の形態のブロック図。 第１の実施の形態における連結車両の運動モデル。 第１の実施の形態におけるトレーラの運動モデル。 第１の実施の形態の仮想操舵角を使用した連結車両のブロック線図。 第１の実施の形態の連結車両の制御系を示すブロック線図。 第１の実施の形態の後退制御装置により実行される後退支援制御の処理手順を示すフローチャート。 第１の実施の形態の連結車両の後退右旋回時の運動モデル。 第１の実施の形態のトラクタ単体の後退右旋回時の運動モデル。 第１の実施の形態のトレーラ単体の後退右旋回時の運動モデル。 第１の実施の形態の連結車両の諸元に対する誤差割合と定常偏差との関係を示すグラフ。 第２の実施の形態の連結車両の制御構成を示すブロック図。 第３の実施の形態の連結車両の制御構成を示すブロック図。 第４の実施の形態の連結車両の制御構成を示すブロック図。

＜第１の実施の形態＞
以下、連結車両の後退制御装置を具体化した第１の実施の形態を説明する。
図１に示すように、連結車両１０は、トラクタ１１およびトレーラ１２を有している。トラクタ１１には様々な種類が存在するところ、ここでは小型貨物自動車の一種であるピックアップトラックを例として挙げる。トラクタ１１は、前輪１１Ｆおよび後輪１１Ｒを有している。前輪１１Ｆは右前輪および左前輪の２輪を含み、後輪１１Ｒは右後輪および左後輪の２輪を含む。ただし、図１では左前輪および左後輪のみが図示されている。前輪１１Ｆとステアリングホイールとの間は、図示しない操舵機構を介して動力伝達可能に連結されている。前輪１１Ｆは操舵輪である。操舵輪とは、ステアリングホイールの操作に応じて動くことによってトラクタ１１の進行方向を変える車輪をいう。

トレーラ１２には用途に応じて様々な形状およびサイズを有するものが存在するところ、ここでは箱型を例として挙げる。トレーラ１２は、車輪１２Ｒを有している。車輪１２Ｒは、右車輪および左車輪の２輪を含む。ただし、図１では左車輪のみが図示されている。

トレーラ１２は、ボールジョイント１３を介してトラクタ１１の後部に連結されている。ボールジョイント１３は、ヒッチボール１４およびヒッチカプラ１５を有している。ヒッチボール１４は、ヒッチメンバを介してトラクタ１１の後部に設けられている。ヒッチカプラ１５は、トレーラ１２の前部から突出するタング１６の先端に設けられている。ヒッチカプラ１５がヒッチボール１４に装着されることにより、トレーラ１２はトラクタ１１に対して軸１７を中心として回転可能に連結される。軸１７は、トラクタ１１の高さ方向に沿って延びる。

図２に示すように、トラクタ１１は、表示装置２０、パワーステアリング装置３０および後退支援装置４０を有している。
表示装置２０は、たとえば車室内のインストルメントパネルに設けられる。表示装置２０は、たとえばタッチパネルであって、画面２１上の表示をタッチ操作することによりデータを入力したり車載機器の動作を指示したりすることが可能である。画面２１には、たとえば支援開始ボタン２１Ａおよび支援終了ボタン２１Ｂが表示される。支援開始ボタン２１Ａは、連結車両１０の後退支援機能をオンする際に操作される。支援終了ボタン２１Ｂは、連結車両１０の後退支援機能をオフする際に操作される。

パワーステアリング装置３０は、操作者によるステアリングホイールの操舵を補助するためのシステムであって、モータ３０Ａ、トルクセンサ３０Ｂ、操舵角センサ３０Ｃおよび操舵制御装置３０Ｄを有している。操作者は、トラクタ１１の車室内で連結車両１０を運転する運転者を含む。

モータ３０Ａは、アシスト力を発生する。アシスト力は、ステアリングホイールの操舵を補助するための力である。モータ３０Ａのトルクは、減速機構を介して前輪１１Ｆの操舵機構に付与される。トルクセンサ３０Ｂは、ステアリングホイールに付与されるトルクである操舵トルクτ_ｓｔｒを検出する。操舵角センサ３０Ｃは、たとえばモータ３０Ａの回転角に基づき、前輪１１Ｆの切れ角である操舵角α_１を検出する。前輪１１Ｆとモータ３０Ａとは操舵機構を介して互いに連動する。このため、モータ３０Ａの回転角と前輪１１Ｆの操舵角α_１との間には相関関係がある。したがって、モータ３０Ａの回転角に基づき前輪１１Ｆの操舵角α_１を求めることができる。

操舵制御装置３０Ｄは、連結車両１０の後退支援機能がオフされているとき、アシスト制御を実行する。すなわち、操舵制御装置３０Ｄは、トルクセンサ３０Ｂを通じて検出される操舵トルクτ_ｓｔｒに基づきモータ３０Ａに対する通電を制御することによって、操舵トルクτ_ｓｔｒに応じたアシスト力をモータ３０Ａに発生させる。

操舵制御装置３０Ｄは、連結車両１０の後退支援機能がオンされているとき、前輪１１Ｆの操舵制御を実行する。すなわち、操舵制御装置３０Ｄは、連結車両１０の後退支援機能がオンされているとき、後退支援装置４０により生成される目標操舵角α_１ ^＊に基づきモータ３０Ａの回転角を制御することによって前輪１１Ｆの操舵角α_１を制御する。目標操舵角α_１ ^＊は、前輪１１Ｆの操舵角α_１の目標値である。操舵制御装置３０Ｄは、操舵角センサ３０Ｃを通じて検出される前輪１１Ｆの操舵角α_１を目標操舵角α_１ ^＊に一致させるべく、操舵角α_１のフィードバック制御の実行を通じてモータ３０Ａの動作を制御する。

後退支援装置４０は、連結車両１０の後退支援機能がオンされているとき、連結車両１０の後退操作を支援する。後退支援装置４０は、操作者によって指定される連結車両１０の後退方向あるいは後退経路、ならびに操舵角センサ３０Ｃを通じて検出される前輪１１Ｆの操舵角α_１に基づき、前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。目標操舵角α_１ ^＊は、操作者によって指定される連結車両１０の後退方向あるいは後退経路に沿って連結車両１０が移動するために必要とされる前輪１１Ｆの操舵角α_１の目標値である。後退支援装置４０は、連結車両１０の後退支援機能がオフされているとき、目標操舵角α_１ ^＊を演算しない。

＜後退支援装置＞
つぎに、後退支援装置４０について詳細に説明する。
図２に示すように、後退支援装置４０は、入力装置４１および後退制御装置４２を有している。

入力装置４１は、操作部材としてのダイヤル４１Ａを有している。ダイヤル４１Ａは、たとえば車室内のセンターコンソールに設けられる。ダイヤル４１Ａは、操作者が連結車両１０の後退方向あるいは後退経路を指定する際に操作される。後退方向あるいは後退経路は、たとえば後退左旋回、後退右旋回および直線後退を含む。連結車両１０を後退左旋回させるとき、ダイヤル４１Ａは直線経路に対応する基準位置を基準として反時計方向へ操作される。連結車両１０を後退右旋回させるとき、ダイヤル４１Ａは基準位置を基準として時計方向へ操作される。連結車両１０を直線後退させるとき、ダイヤル４１Ａは基準位置に維持される。入力装置４１は、ダイヤル４１Ａの基準位置を基準とする操作量あるいは操作位置に応じた電気信号Ｓ１を生成する。

後退制御装置４２は、つぎの３つの構成Ａ１，Ａ２，Ａ３のうちいずれか一を含む処理回路を有している。
Ａ１．ソフトウェアであるコンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ。プロセッサは、ＣＰＵ（central processing unit）およびメモリを含む。

Ａ２．各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの１つ以上の専用のハードウェア回路。ＡＳＩＣは、ＣＰＵおよびメモリを含む。

Ａ３．構成Ａ１，Ａ２を組み合わせたハードウェア回路。
メモリは、コンピュータ（ここではＣＰＵ）で読み取り可能とされた媒体であって、コンピュータに対する処理あるいは命令を記述したプログラムを記憶している。メモリは、ＲＡＭ（random access memory）およびＲＯＭ（read only memory）を含む。ＣＰＵは、メモリに記憶されたプログラムを定められた演算周期で実行することによって各種の制御を実行する。プログラムは、連結車両１０の後退支援制御を実行するためのプログラムを含む。後退支援制御とは、連結車両１０の後退操作を支援するための制御をいう。

後退制御装置４２は、連結車両１０の後退支援制御を実行する。後退制御装置４２は、操作者による後退支援制御の開始操作を契機として後退支援制御の実行を開始する。後退制御装置４２は、操作者による後退支援制御の終了操作を契機として後退支援制御の実行を停止する。操作者による後退支援制御の開始操作および終了操作は、表示装置２０を通じて行われる。表示装置２０の画面２１に表示される支援開始ボタン２１Ａがタッチ操作されたとき、後退制御装置４２は後退支援制御の実行を開始する。表示装置２０の画面２１に表示される支援終了ボタン２１Ｂがタッチ操作されたとき、後退制御装置４２は後退支援制御の実行を終了する。

後退制御装置４２は、後退支援制御の実行時、操作者によって指定される連結車両１０の後退方向あるいは後退経路に沿って連結車両１０が移動するように、パワーステアリング装置３０を通じて連結車両１０の後退経路を制御する。

後退制御装置４２は、設定部４２Ａおよび制御部４２Ｂを有している。
設定部４２Ａは、入力装置４１により生成される電気信号Ｓ１、すなわちダイヤル４１Ａの基準位置を基準とする操作量あるいは操作位置に基づき、トレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を設定する。目標仮想操舵角α_２ ^＊は、トレーラ１２の仮想操舵角α_２の目標値である。仮想操舵角α_２とは、トレーラ１２をトラクタ１１から仮想的に分離して、仮想的な前輪を有する単体車両とみなしたときの見掛けの操舵角をいう。設定部４２Ａは、たとえばダイヤル４１Ａの操作量あるいは操作位置とトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊との関係を規定するマップを使用して、ダイヤル４１Ａの操作量あるいは操作位置に応じた目標仮想操舵角α_２ ^＊を演算する。操作者は、ダイヤル４１Ａの操作を通じてトレーラ１２を後退させる所望の後退経路に応じた目標仮想操舵角α_２ ^＊を指定することが可能である。

制御部４２Ｂは、設定部４２Ａにより設定される目標仮想操舵角α_２ ^＊、車載のヒッチ角センサ５１を通じて検出されるヒッチ角β、車載の車速センサ５２を通じて検出される車速Ｖ、および操舵角センサ３０Ｃを通じて検出される操舵角α_１を取り込む。ヒッチ角βは、トラクタ１１の長さ方向に沿って延びる中心軸とトレーラ１２の長さ方向に沿って延びる中心軸とのなす角度をいう。ヒッチ角βは、トレーラ１２の折れ曲がり角ともいう。

制御部４２Ｂは、設定部４２Ａにより設定される目標仮想操舵角α_２ ^＊ならびに各センサを通じて検出されるヒッチ角β、車速Ｖおよび操舵角α_１に基づき、トラクタ１１の前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α_２が目標仮想操舵角α_２ ^＊に収束するように、前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。すなわち、制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α_２を目標仮想操舵角α_２ ^＊に一致させるべく、仮想操舵角α_２のフィードバック制御の実行を通じて前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。

＜連結車両の運動モデル＞
つぎに、平面運動する連結車両１０の挙動を表す運動モデルについて説明する。
図３に示すように、連結車両１０の運動モデルは、地上に固定された二次元のｘｙ座標系において、左右の車輪を車体の中心軸に移動した等価モデルで考えることができる。図３の運動モデルは、連結車両１０の前進時の運動モデルである。ただし、図３の運動モデルでは、運動学の範囲で連結車両１０の挙動を明らかにするため、極低速時の連結車両１０のタイヤには横滑りが発生せず、その進行方向にのみ速度ベクトルを有するものとする。また、車両は一定の速度で運転されるものとする。また、路面は平坦であって連結車両１０の外部からの外乱はないものとする。

図３の運動モデルにおいて、トラクタ１１とトレーラ１２との間の運動学的関係を説明するために使用される連結車両１０のパラメータは、つぎの通りである。
Ｃ_０ ：トラクタ１１の前輪１１Ｆ
Ｂ_１ ：トラクタ１１の後輪１１Ｒ
Ｃ_１ ：トラクタ１１のヒッチ点（ヒッチボール１４の位置を示す点）
Ｂ_２ ：トレーラ１２の車輪１２Ｒ
Ｖ_ｃ０：トラクタ１１の前輪１１Ｆの速度ベクトル
Ｖ_Ｂ１：トラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトル
Ｖ_ｃ１：トラクタ１１のヒッチ点Ｃ_１の速度ベクトル
Ｖ_Ｂ２：トレーラ１２の速度ベクトル
α_１ ：トラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角
α_２ ：トレーラ１２の仮想操舵角
γ_１ ：中間変数（トラクタ１１の中心軸とヒッチ点Ｃ_１の速度ベクトルＶ_ｃ１とのなす角）
θ_１ ：トラクタ１１の姿勢角（トラクタ１１の中心軸とＸ軸とのなす角）
θ_２ ：トレーラ１２の姿勢角（トレーラ１２の中心軸とＸ軸とのなす角）
β ：ヒッチ角（トラクタ１１の中心軸とトレーラ１２の中心軸とのなす角）
ｌ_１ ：トラクタ１１のホイールベース
ｈ_１ ：トラクタ１１の後輪１１Ｒとヒッチ点Ｃ_１との間の距離
ｌ_２ ：トレーラ１２の仮想ホイールベース
ただし、各パラメータの符号は、つぎの通りである。すなわち、トラクタ姿勢角θ_１は、Ｘ軸を基準とする反時計回りを正とする。トラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１および中間変数γ_１は、トラクタ１１の中心軸を基準とする反時計回りを正とする。ヒッチ角βは、トラクタ１１の中心軸あるいはその延長線を基準とする反時計回りを正とする。車速Ｖは、前進のとき正、後退のとき負とする。

図３に示すように、トラクタ１１は前輪１１Ｆの速度ベクトルＶ_ｃ０に従い運動する。また、トレーラ１２は、トラクタ１１との連結点であるヒッチ点Ｃ_１の速度ベクトルＶ_ｃ１に従って運動する。このことから、トレーラ１２から見たヒッチ点Ｃ_１の速度ベクトルＶ_ｃ１は、トレーラ１２の仮想的な前輪の速度ベクトルとみなせる。図３の運動モデルにおいて、ヒッチ点Ｃ_１の速度ベクトルＶ_ｃ１とトレーラ１２の中心軸とのなす角は「β－γ_１」である。この場合、図４に示すように、トレーラ１２をトラクタ１１から仮想的に分離して仮想的な前輪を有する単体車両とみると、その仮想的な前輪は見掛けの操舵角である仮想操舵角α_２（＝－（β－γ_１））で操舵されていると見なせる。このことから、トレーラ１２を単体車両として検討できることが分かる。ちなみに、連結車両１０の後退運動の運動モデルは、速度ベクトルが図３の前進時の運動モデルと逆向きになる。

トレーラ１２を仮想的な前輪を有する単体車両としてみるとき、トレーラ１２のヨー運動は、トラクタ１１のヨー運動と同様に検討することが可能である。
図５のブロック線図に示すように、連結車両１０におけるトラクタ１１のモデルは、モデルブロック１１Ａを有している。また、連結車両１０におけるトレーラ１２のモデルは、モデルブロック１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅを有している。

モデルブロック１１Ａは、トラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１およびトラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトルＶ_Ｂ１を使用して、トラクタ１１の姿勢角速度θ_１（・）を演算する。具体的には、モデルブロック１１Ａは、トラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１およびトラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトルＶ_Ｂ１をトラクタ１１のヨー運動を表す運動方程式に適用することにより、トラクタ１１の姿勢角速度θ_１（・）を演算する。トラクタ１１のヨー運動を表す運動方程式は、モデルブロック１１Ａ中に記載の通りである。ドット「・」は時間微分を示す。ちなみに、トラクタ１１の姿勢角速度θ_１（・）は、トラクタ１１のヨーレートである。また、トラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトルＶ_Ｂ１は、トラクタ１１の速度ベクトルに相当する。

モデルブロック１２Ａは、トラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１およびトラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトルＶ_Ｂ１に基づき、ヒッチ角速度β（・）を演算する。モデルブロック１２Ｂは、モデルブロック１２Ａにより演算されるヒッチ角速度β（・）を積分することによりヒッチ角βを演算する。モデルブロック１２Ｃは、トラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１およびモデルブロック１２Ｂにより演算されるヒッチ角βに基づきトレーラ１２の仮想操舵角α_２を演算する。モデルブロック１２Ｄは、モデルブロック１２Ｂにより演算されるヒッチ角βおよびトラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトルＶ_Ｂ１に基づき、トレーラ１２の速度ベクトルＶ_Ｂ２を演算する。

モデルブロック１２Ｅは、モデルブロック１２Ｃにより演算されるトレーラ１２の仮想操舵角α_２およびモデルブロック１２Ｄにより演算されるトレーラ１２の速度ベクトルＶ_Ｂ２を使用して、トレーラ１２の姿勢角速度θ_２（・）を演算する。具体的には、モデルブロック１２Ｅは、トレーラ１２の仮想操舵角α_２およびトレーラ１２の速度ベクトルＶ_Ｂ２をトレーラ１２のヨー運動を表す運動方程式に適用することにより、トレーラ１２の姿勢角速度θ_２（・）を演算する。トレーラ１２のヨー運動を表す運動方程式は、モデルブロック１２Ｅ中に記載の通りである。ドット「・」は時間微分を示す。ちなみに、トレーラ１２の姿勢角速度θ_２（・）は、トレーラ１２のヨーレートである。

図５のモデルブロック１１Ａ，１２Ｅ中に記載されるように、トレーラ１２のヨー運動を表す運動方程式は、トラクタ１１のヨー運動を表す運動方程式と同様の運動方程式で記述することができる。すなわち、トレーラ１２を仮想的な前輪を有する単体車両としてみるとき、トレーラ１２のヨー運動をトラクタ１１単体のヨー運動と同様に検討することが可能であることが分かる。

＜連結車両のフィードバック制御系＞
つぎに、後退支援制御の実行時における連結車両１０のフィードバック制御系について説明する。

図６のブロック線図に示すように、連結車両１０のフィードバック制御系は、制御器である後退制御装置４２、および制御対象であるプラントＰを有する。後退制御装置４２は、後退支援制御の実行時、入力装置４１により生成される電気信号Ｓ１、および計測装置５０の計測結果に応じてプラントＰを制御する。電気信号Ｓ１は、ダイヤル４１Ａの基準位置を基準とする操作量あるいは操作位置を示すものであって、操作者によって指定される連結車両１０の後退方向あるいは後退経路が反映される。計測装置５０は、プラントＰの出力を計測するものであって、操舵角センサ３０Ｃ、ヒッチ角センサ５１および車速センサ５２を含む。プラントＰは、後退制御装置４２の制御対象であって、トラクタ１１の操舵機構１１Ｓ、およびトレーラ１２を含む。

後退制御装置４２は、入力装置４１により生成される電気信号Ｓ１、ならびにプラントＰの出力であるトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α１、ヒッチ各βおよび車速Ｖに応じて、プラントＰに対する入力である目標操舵角α_１ ^＊の値を決定する。目標操舵角α_１ ^＊は、前輪１１Ｆの操舵角α_１の目標値である。

後退制御装置４２は、たとえば非線形モデル予測制御（NMPC：Nonlinear Model Predictive Control）を使用して、目標操舵角α_１ ^＊を演算する。非線形モデル予測制御は、制御対象が非線形である系（＝システム）に対するモデル予測制御である。モデル予測制御は、各時刻で未来の応答を予測しながら最適化を行う制御手法であって、オンラインで高速に最適化問題を計算しながらフィードバック制御を行うものである。

モデル予測制御では、制御器である後退制御装置４２の内部に予測モデル（＝制御対象モデル）を持たせることによって、制御対象であるプラントＰの現時刻からある有限区間に渡る未来の振る舞いを予測する。この制御を行うためには、制御対象の動的な特性、すなわち制御対象の挙動を適切に捉えてモデルとして表現する必要がある。予測モデルの一例として、状態方程式が挙げられる。

状態量ｘ（ｔ）は、つぎの数式１で表される。

ただし、「β」はヒッチ角、「α_１」は前輪１１Ｆの操舵角α_１である。また、「ｔ」は時刻、「Ｔ」は有限時間である。
操作量ｕ（ｔ）は、つぎの数式２で表される。操作量ｕ（ｔ）は、制御対象であるプラントＰに対する制御入力である。

ただし、「α_１ｔｇｔ」は、目標操舵角α_１ ^＊である。「ｔ」は、時刻である。
状態方程式は、つぎの数式３で表される。この数式３で表される状態方程式は、連結車両系の状態を定義するとともに、それぞれの状態の時間変化を表す一階の微分方程式を連立させたモデルである。

ただし、「ｘ１」は、ヒッチ角βである。「ｘ２」は、トラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１である。「ＶＢ１」は、トラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトルである。「ｌ１」は、トラクタ１１のホイールベースである。「ｌ２」は、トレーラ１２の仮想ホイールベースである。「ｈ１」は、トラクタ１１の後輪１１Ｒとヒッチ点Ｃ_１との間の距離である。「ｔ」は、時刻である。「τ_ｓｔｒ」は、一次遅れ特性で近似した操舵応答特性の時定数である。

数式３の上段に示されるヒッチ角βに対する運動方程式は直達項、すなわちトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１（＝ｘ２（ｔ））の項を含んでいる。この直達項に対する入力は即、出力に反映される。このため、数式３の状態方程式では、その下段の操舵角α_１に対する運動方程式に示されるように、直達項の影響を除去して制御可能な構成とするために操舵機構１１Ｓの応答特性を考慮したモデルとしている。

出力方程式は、つぎの数式４で表される。

ただし、「ｙ」は、制御器である後退制御装置４２の内部的な制御量（＝制御したい量）であって、ここではトレーラ１２の仮想操舵角α_２である。「ｔ」は、時刻である。
実際に制御を行うためには、予測した結果を利用して制御対象であるプラントＰに与える制御入力である操作量ｕ（ｔ）、すなわち目標操舵角α_１ ^＊を決定する必要がある。そこで、モデル予測制御では、定められたサンプリング周期で最適化問題を解くことにより制御入力を一意に決定する。すなわち、モデル予測制御では、各時刻ｔにおいて、各時刻ｔから有限時間Ｔだけ未来までの評価関数を最小化する最適化問題を考える。

評価関数Ｊ（ｕ，ｔ）は、つぎの数式５で表される。

ただし、「Ｕ（τ）」は、時刻ｔから時刻ｔ＋ＴまでのプラントＰの制御量、すなわちプラントＰからの実際の制御出力であるトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１である。また、「ｘ（τ）」は、時刻ｔから時刻ｔ＋Ｔまでの制御入力である操作量ｕ（τ）のもとで、時刻ｔに状態量ｘ（ｔ）から出発する状態量の予測値である。このため、最適化問題の初期条件は「ｘ（τ）＝ｘ（ｘ）」となる。また、Ｌ（ｘ，ｕ）は、制御目的を表すスカラー値関数であって、たとえば目標状態からの誤差あるいは制御入力の大きさなどからなる。「τ」は現在の時刻であって、関係式「ｔ≦τ≦ｔ＋Ｔ」が成立する。

スカラー値関数Ｌ（ｘ，ｕ）は、つぎの数式６で表される。

ただし、「ｙ（ｘ（τ））」は、後退制御装置４２の内部的な制御量であるトレーラ１２の仮想操舵角α_２の今回の予測値である。「ｙ_ｒｅｆ」は、後退制御装置４２の内部的な目標値であるトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊である。「Ｕ（τ）」は、プラントＰに対する操作量、すなわちプラントＰに対する制御入力である目標操舵角α_１ ^＊である。また、数式６の右辺第１項は、トレーラ１２の仮想操舵角α_２の今回の予測値と目標仮想操舵角α_２ ^＊との偏差である。数式６の右辺第２項は、プラントＰに対する操作量である目標操舵角α_１ ^＊の大きさである。「Ｑ」は、トレーラ１２の仮想操舵角α_２の今回の予測値と目標仮想操舵角α_２ ^＊との偏差に対する重み行列である。「Ｒ」は、目標操舵角α_１ ^＊の大きさに対する重み行列である。これら重み行列Ｑ，Ｒの各要素は、チューニングパラメータであって、たとえばコンピュータシミュレーションを通じて設定される。

さて、最適化されるべき関数は、時刻ｔから時刻ｔ＋Ｔまでの制御入力としての操作量ｕ（τ）である。後退制御装置４２は、各時刻ｔから有限時間Ｔだけ未来までの評価関数Ｊ（ｕ，ｔ）を最小化する上記の最適化問題を所定の数値最適化アルゴリズムを使用して解くことにより最適な制御入力としての操作量ｕ（τ）を求め、その初期値のみを時刻ｔにおける実際の制御入力である操作量ｕ（ｔ）として使用する。後退制御装置４２は、定められたサンプリング周期Δｔで最適化問題を解く。たとえば、後退制御装置４２は、次回のサンプリング時刻ｔ＋Δｔでは、サンプリング時刻ｔ＋Δｔからサンプリング時刻ｔ＋Δｔ＋Ｔまでの評価関数Ｊ（ｕ，ｔ）を最小化する最適な制御入力である操作量ｕ（τ＋Δｔ）を求め、その初期値のみを時刻ｔ＋Δｔにおける実際の制御入力である操作量ｕ（ｔ＋Δｔ）として使用する。この後、後退制御装置４２は、次のサンプリング時刻に移行する毎に最適化問題を解いて制御入力である操作量ｕ（ｔ）を決定する処理を逐次繰り返す。

ちなみに、モデル予測制御では、各サンプリング時刻において、毎回予測を行う際に、現時刻の状態量ｘ（ｔ）を計測装置５０により計測される値で補正する。すなわち、モデル予測制御では、予測の初期値を毎回修正する。このため、モデル予測制御は、状態のフィードバック制御となっている。先の図６のブロック線図に示されるように、連結車両系は、プラントＰの状態が後退制御装置４２にフィードバックされる１つのフィードバックループを有する。

また、数式５，６に示されるように、評価関数Ｊ（ｕ，ｔ）において、後退制御装置４２の内部的な制御量であるトレーラ１２の仮想操舵角α２の今回の予測値と目標仮想操舵角α_２ ^＊との偏差に対して重み行列Ｑが与えられている。また、評価関数Ｊ（ｕ，ｔ）において、プラントＰに対する操作量である目標操舵角α_１ ^＊の大きさに対して重み行列Ｒが与えられている。これにより、トレーラ１２の仮想操舵角α２の今回の予測値と前回の予測値との偏差を抑制しつつ、過大な目標操舵角α_１ ^＊が演算されることを抑えることが可能である。また、トラクタ１１の操舵角α_１の重み行列Ｒを操舵角速度感応とすることによって目標操舵角α_１ ^＊の急激な変化を抑えることが可能である。重み行列Ｒによる重みをより大きくするほど、目標操舵角α_１ ^＊の速応性をより抑えることが可能である。逆に、重み行列Ｒによる重みをより小さくするほど、目標操舵角α_１ ^＊の速応性をより向上させることが可能である。

＜後退支援制御の処理手順＞
つぎに、後退制御装置４２による後退支援制御の処理手順を説明する。後退制御装置４２は、操作者による後退支援制御の開始操作、すなわち表示装置２０の画面２１に表示される支援開始ボタン２１Ａがタッチ操作されることを契機として後退支援制御の実行を開始する。後退制御装置４２は、図示しない記憶装置に格納された後退制御プログラムに従って後退支援制御を実行する。

図７のフローチャートに示すように、後退制御装置４２は、まずトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を設定する（ステップＳ１０１）。後退制御装置４２は、入力装置４１により生成される電気信号Ｓ１、すなわちダイヤル４１Ａの基準位置を基準とする操作量あるいは操作位置に基づき、トレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を設定する。

また、後退制御装置４２は、センサ信号を取得する（ステップＳ１０２）。後退制御装置４２は、センサ信号として、ヒッチ角センサ５１を通じて検出されるヒッチ角β、車速センサ５２を通じて検出される車速Ｖ、および操舵角センサ３０Ｃを通じて検出される前輪１１Ｆの操舵角α_１を取り込む。

つぎに、後退制御装置４２は、トラクタ１１の前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する（ステップＳ１０３）。後退制御装置４２は、ステップＳ１０２で取り込まれるヒッチ角β、前輪１１Ｆの操舵角α_１および車速Ｖに基づきトレーラ１２の仮想操舵角α_２を演算し、この演算される仮想操舵角α_２が目標仮想操舵角α_２ ^＊に収束するように、前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。

この後、後退制御装置４２は、ステップＳ１０３で演算される前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を操舵制御装置３０Ｄへ出力する（ステップＳ１０４）。操舵制御装置３０Ｄは、操舵角センサ３０Ｃを通じて検出される前輪１１Ｆの操舵角α_１を目標操舵角α_１ ^＊に一致させるように、モータ３０Ａの動作を制御する。これにより、トレーラ１２の仮想操舵角α_２は、目標仮想操舵角α_２ ^＊に追従する。

つぎに、後退制御装置４２は、後退支援制御を終了するかどうかを判定する（ステップＳ１０５）。具体的には、後退制御装置４２は、操作者による後退支援制御の終了操作、すなわち表示装置２０の画面２１に表示される支援終了ボタン２１Ｂがタッチ操作されたかどうかを判定する。後退制御装置４２は、後退支援制御を終了しない場合、すなわち操作者による後退支援制御の終了操作が行われていない場合（ステップＳ１０５でＮＯ）、先のステップＳ１０１へ処理を移行する。後退制御装置４２は、後退支援制御を終了する場合、すなわち操作者による後退支援制御の終了操作が行われた場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、処理を終了する。

＜第１の実施の形態の作用＞
つぎに、第１の実施の形態の作用を説明する。
まず、連結車両１０の後退右旋回時の運動モデルについて説明する。

図８に示すように、トラクタ１１とトレーラ１２とが連結された状態でトレーラ１２を右方向へ後退させるためには、トラクタ１１の前輪１１Ｆを左方向へ転舵させる必要がある。すなわち、トレーラ１２が連結されていない単体車両としてのトラクタ１１を後退させる場合と逆方向へ前輪１１Ｆを転舵させる必要がある。このとき、トラクタ１１の姿勢角速度θ_１（・）、すなわちヨーレートの方向は左回り方向となる。左回り方向とは、トラクタ１１の車体が左方向へ回転する方向をいう。また、トレーラ１２の仮想的な前輪は右方向へ転舵するとみなせるため、トレーラ１２の姿勢角速度θ_２（・）、すなわちヨーレートの方向は右回り方向となる。右回り方向とは、トレーラ１２の車体が右方向へ回転する方向をいう。トレーラ１２のヨーレートの方向は、トラクタ１１の前輪１１Ｆの転舵方向と逆方向である。

つぎに、トレーラ１２が連結されていない単体車両としてのトラクタ１１の後退右旋回時の運動モデルについて説明する。
図９に示すように、単体車両としてのトラクタ１１を右方向へ後退させるためには、トラクタ１１の前輪１１Ｆを右方向へ転舵させればよい。このとき、トラクタ１１の姿勢角速度θ_１（・）、すなわちヨーレートの方向は右回り方向となる。トレーラ１２のヨーレートの方向は、トラクタ１１の前輪１１Ｆの転舵方向と同方向である。

つぎに、トレーラ１２を仮想的な前輪を有する単体車両としてみたときのトレーラ１２の後退右旋回時の運動モデルについて説明する。
図１０に示すように、単体車両としてのトレーラ１２を右方向へ後退させるためには、トレーラ１２の仮想的な前輪を右方向へ転舵させればよい。このとき、トレーラ１２の姿勢角速度θ_２（・）、すなわちヨーレートの方向は右回り方向となる。トレーラ１２のヨーレートの方向は、トレーラ１２の仮想的な前輪の転舵方向と同方向である。すなわち、トレーラ１２を仮想的な前輪を有する単体車両としてみたとき、単体車両としてのトレーラ１２はたとえば普通乗用車と同じ運動を行う。

したがって、普通乗用車でステアリングホイールの操舵を通じて前輪の操舵角を指定するのと同様に、操作者が入力装置４１の操作を通じてトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を指定することによってトレーラ１２を普通乗用車と同じように運転することが可能である。

また、操作者による入力装置４１の操作を通じて指定されるトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊に基づきトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１が制御されることによって、トレーラ１２の車体長の長短にかかわらずトレーラ１２の後退運動が適切に支援される。

図１１のグラフに示すように、トレーラ１２の仮想ホイールベースｌ_２の誤差割合に関わらず、定常偏差はほぼ「０」である。ここでの定常偏差は、後退制御装置４２の内部的な目標値である目標仮想操舵角α_２ ^＊と、後退制御装置４２の内部的な制御量である仮想操舵角α_２との差である。仮想ホイールベースｌ_２は、トレーラ１２の仮想的な前輪（＝ヒッチ点Ｃ_１）と、後輪としての車輪１２Ｒとの間の距離をいう。図１１のグラフから、トラクタ１１に連結されるトレーラ１２の仮想ホイールベースｌ_２に関わらず、トレーラ１２の仮想操舵角α_２が目標仮想操舵角α_２ ^＊に一致するようにトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１が制御されることが分かる。

仮想ホイールベースｌ_２が長くなるほど必然的にトレーラ１２の車体全長がより長くなる。また、仮想ホイールベースｌ_２が短くなるほど必然的にトレーラ１２の車体全長がより短くなる。このように、トレーラ１２の仮想ホイールベースｌ_２は、トレーラ１２の車体長を反映する値でもある。したがって、図１１のグラフから、トラクタ１１に連結されるトレーラ１２の車体長の長短に関わらず、トレーラ１２の仮想操舵角α_２が目標仮想操舵角α_２ ^＊に一致するようにトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１が制御されることが読み取れる。トラクタ１１には、車体長の異なる様々なタイプのトレーラ１２が連結されることが想定される。この点、トラクタ１１に対して車体長がより長いトレーラ１２が連結される場合であれ、車体長がより短いトレーラ１２が連結される場合であれ、トレーラ１２の後退運動が適切に支援される。

ちなみに、図１１のグラフに示すように、トラクタ１１のホイールベースｌ_１の誤差割合が増加するにつれて定常偏差は指数関数的に減少する。また、トラクタ１１の後輪１１Ｒとヒッチ点Ｃ_１との間の距離ｈ_１の誤差割合が増加するにつれて、定常偏差は徐々に増加する。

＜第１の実施の形態の効果＞
したがって、第１の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１－１）操作者が入力装置４１の操作を通じてトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を指定することによって、非線形かつ不安定系のトレーラ１２の後退運動をトラクタ１１のみの単体車両、すなわち前輪操舵の普通乗用車とみなして制御することができる。このため、連結車両１０の後退操作をより適切に支援することができる。操作者は、連結車両１０の後退操作を普通乗用車と同じような感覚で行うことができる。

（１－２）連結車両系は、制御対象であるプラントＰの状態（α_１，β，Ｖ）が後退制御装置４２にフィードバックされる１つのフィードバックループを有する。フィードバックループを１つにすることによって、目標仮想操舵角α_２ ^＊に対する仮想操舵角α_２の追従性を確保することができる。また、トレーラ１２の運動全体を最適化することもできる。仮想操舵角α_２は、後退制御装置４２の内部的な目標値である。仮想操舵角α_２は、後退制御装置４２の内部的な制御量である。

（１－３）後退制御装置４２は、非線形モデル予測制御を使用して目標操舵角α_１ ^＊を演算する。目標仮想操舵角α_２ ^＊に対する仮想操舵角α_２の追従性には重み（重み行列Ｑ）が持たせられる。また、操作量であるトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１にも重み（重み行列Ｒ）が持たせられる。これら重み（重み行列Ｑ，Ｒ）のチューニングを通じて、トレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊に対する仮想操舵角α２の偏差（＝誤差）を抑制しつつ、過大な目標操舵角α_１ ^＊が演算されることを抑えることが可能である。

ちなみに、トレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊に対する仮想操舵角α２の追従性、およびトラクタ１１の状態量の１つである前輪１１Ｆの操舵角α_１のうち少なくとも１つに重みをもたせるようにしてもよい。このようにすれば、トレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊に対する仮想操舵角α２の偏差を抑制すること、および過大な目標操舵角α_１ ^＊が演算されることを抑えることのうち少なくとも一方の効果が得られる。

また、重み付けの対象となるトラクタ１１の状態量は、前輪１１Ｆの操舵角α_１に限らない。トラクタ１１の操舵角α_１、トラクタ１１の操舵角速度、トラクタ１１のヨーレート、およびトラクタ１１の移動軌跡の曲率のうち少なくとも１つの状態量を重み付けの対象としてもよい。このようにすれば、重み付け対象が操舵角α_１である場合に準じた効果が得られる。たとえばトラクタ１１の急激な挙動変化を抑制することができる。

＜第２の実施の形態＞
つぎに、連結車両の後退制御装置を具体化した第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には先の図１～図１１に示される第１の実施の形態と同様の構成を有している。本実施の形態は、後退制御装置４２の構成の点で第１の実施の形態と異なる。したがって、第１の実施の形態と同一の部材および構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を割愛する。

先の第１の実施の形態における連結車両１０の後退制御では、トラクタ１１およびトレーラ１２の運動を運動学の範囲で取り扱っている。運動学では、タイヤのスリップなどが無視される。しかし、実際の連結車両１０の後退操作時、トラクタ１１は、たとえば前輪１１Ｆおよび後輪１１Ｒのタイヤのスリップまたはサスペンションジオメトリに起因して、操作者の意図しない旋回半径で移動することも考えられる。サスペンションジオメトリとは、サスペンションの構成部品の幾何学的な形状あるいは配置をいう。本実施の形態では、目標仮想操舵角α_２ ^＊に対する仮想操舵角α_２の追従性を確保するために、後退制御装置４２として、つぎの構成を採用している。

図１２に示すように、後退制御装置４２は、先の設定部４２Ａおよび制御部４２Ｂに加えて、トラクタ状態量制御部４２Ｃを有している。ちなみに、制御部４２Ｂを第１の制御部とするとき、トラクタ状態量制御部４２Ｃは第２の制御部に相当する。第１の制御部としての制御部４２Ｂと第２の制御部としてのトラクタ状態量制御部４２Ｃとから単一の制御部を構成してもよい。

制御部４２Ｂは、設定部４２Ａにより設定される目標仮想操舵角α_２ ^＊ならびに計測装置５０の各センサを通じて検出されるヒッチ角β、車速Ｖおよび操舵角α_１に基づき、トラクタ１１の前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。本実施の形態では、計測装置５０は、トラクタ１１のヨーレートを検出するヨーレートセンサを含む。トラクタ１１のヨーレートは、トラクタ１１の状態量の１つである。

設定部４２Ａは、入力装置４１により生成される電気信号Ｓ１、すなわちダイヤル４１Ａの基準位置を基準とする操作量あるいは操作位置に基づき、トレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を設定する。

制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α_２が目標仮想操舵角α_２ ^＊に収束するように、トラクタ１１の目標ヨーレートＹＲ^＊を演算する。すなわち、制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α_２を目標仮想操舵角α_２ ^＊に一致させるべく、仮想操舵角α_２のフィードバック制御の実行を通じてトラクタ１１の目標ヨーレートＹＲ^＊を演算する。目標ヨーレートＹＲ^＊は、トラクタ１１の旋回状態が反映される状態量（ここでは、ヨーレートＹＲ）の目標値である目標状態量である。

トラクタ状態量制御部４２Ｃは、制御部４２Ｂにより演算される目標ヨーレートＹＲ^＊、および計測装置５０のヨーレートセンサを通じて検出されるトラクタ１１のヨーレートＹＲを取り込む。トラクタ状態量制御部４２Ｃは、トラクタ１１のヨーレートＹＲが目標ヨーレートＹＲ^＊に収束するように、トラクタ１１の前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。すなわち、トラクタ状態量制御部４２Ｃは、トラクタ１１のヨーレートＹＲを目標ヨーレートＹＲ^＊に一致させるべく、ヨーレートＹＲのフィードバック制御の実行を通じてトラクタ１１の前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。目標ヨーレートＹＲ^＊の絶対値に対してヨーレートＹＲの絶対値が小さくなるほど、目標操舵角α_１ ^＊の絶対値はより増加する。また、目標ヨーレートＹＲ^＊の絶対値に対してヨーレートＹＲの絶対値が大きくなるほど、目標操舵角α_１ ^＊の絶対値はより減少する。

なお、連結車両１０の後退支援制御に使用されるトラクタ１１の状態量は、トラクタ１１の旋回状態が反映される状態量であればよい。トラクタ１１の旋回状態が反映される状態量としては、ヨーレートＹＲ以外にもたとえばトラクタ１１の横加速度が挙げられる。この横加速度を使用して連結車両１０の後退支援制御を実行する場合、計測装置５０の構成要素として横加速度センサを設ける。制御部４２Ｂは、仮想操舵角α_２のフィードバック制御の実行を通じて、トラクタ１１の目標横加速度を演算する。トラクタ状態量制御部４２Ｃは、トラクタ１１の横加速度を目標横加速度に追従させるべく横加速度のフィードバック制御の実行を通じて、前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。

また、トラクタ１１の旋回状態が反映される状態量としては、トラクタ１１の移動軌跡の曲率が挙げられる。トラクタ１１の移動軌跡の曲率は、たとえばヨーレートＹＲおよび車速Ｖから得られる。この移動軌跡の曲率を使用して連結車両１０の後退支援制御を実行する場合、制御部４２Ｂは、仮想操舵角α_２のフィードバック制御の実行を通じて、トラクタ１１の移動軌跡の目標曲率を演算する。トラクタ状態量制御部４２Ｃは、トラクタ１１の移動軌跡の曲率を目標曲率に追従させるべく曲率のフィードバック制御の実行を通じて、前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。

また、トラクタ１１がたとえば左右の前輪１１Ｆを主駆動輪、左右の後輪１１Ｒを副駆動輪とする四輪駆動車両である場合、トラクタ１１にはその走行性能をより向上させるための制御機能が持たせられることが考えられる。この制御機能は、たとえば左右の車輪の駆動力を制御する第１の制御機能、あるいは左右の車輪の制動力を制御する第２の制御機能を含む。第１の制御機能とは、トラクタ１１の旋回状態に応じて左右の駆動輪、すなわち旋回内側の駆動輪および旋回外側の駆動輪に対する駆動力の配分比率を変化させることによって、トラクタ１１のヨーモーメントを制御する機能をいう。第２の制御機能とは、トラクタ１１の旋回状態に応じて左右の車輪、すなわち旋回内側の車輪および旋回外側の車輪に対する制動力の配分比率を変化させることによって、トラクタ１１のヨーモーメントを制御する機能をいう。これら駆動力の配分比率および制動力の配分比率は、トラクタ１１の旋回状態が反映される状態量とみることができる。

トラクタ１１が第１の制御機能を有する場合、左右の駆動輪に対する駆動力の配分比率を使用して連結車両１０の後退支援制御を実行するようにしてもよい。このとき、制御部４２Ｂは、仮想操舵角α_２のフィードバック制御の実行を通じて、左右の駆動輪に対する駆動力の目標配分比率を演算する。トラクタ状態量制御部４２Ｃは、左右の駆動輪に対する駆動力の配分比率を目標配分比率に追従させるべく配分比率のフィードバック制御の実行を通じて、前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。

トラクタ１１が第２の制御機能を有する場合、左右の車輪に対する制動力の配分比率を使用して連結車両１０の後退支援制御を実行するようにしてもよい。このとき、制御部４２Ｂは、仮想操舵角α_２のフィードバック制御の実行を通じて、左右の車輪に対する制動力の目標配分比率を演算する。トラクタ状態量制御部４２Ｃは、左右の車輪に対する制動力の配分比率を目標配分比率に追従させるべく配分比率のフィードバック制御の実行を通じて、前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。

＜第２の実施の形態の効果＞
したがって、第２の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（２－１）制御部４２Ｂは、仮想操舵角α_２のフィードバック制御の実行を通じてトラクタ１１の目標状態量を演算する。目標状態量とは、トラクタ１１の旋回状態が反映される特定の状態量に対する目標値をいう。トラクタ状態量制御部４２Ｃは、特定の状態量のフィードバック制御の実行を通じて前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。これにより、トラクタ１１の運動をタイヤのスリップなどが無視される運動モデル（幾何学モデル）により近づけることができる。また、目標仮想操舵角α_２ ^＊に対する仮想操舵角α_２の追従性をより向上させることができる。

（２－２）トラクタ１１の旋回状態が反映される特定の状態量は、トラクタ１１の仕様などに応じて適宜の状態量を選択することができる。特定の状態量は、たとえばトラクタ１１のヨーレートＹＲ、横加速度、左右の駆動輪に対する駆動力の配分比率、または左右の車輪に対する制動力の配分比率である。

＜第３の実施の形態＞
つぎに、連結車両の後退制御装置を具体化した第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には先の図１～図１１に示される第１の実施の形態と同様の構成を有している。本実施の形態は、後退制御装置４２の構成の点で第１の実施の形態と異なる。したがって、第１の実施の形態と同一の部材および構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を割愛する。

図１３に示すように、後退制御装置４２は、先の制御部４２Ｂに加えて、目標軌道生成部４２Ｄおよび軌道追従制御部４２Ｅを有している。先の設定部４２Ａは割愛されている。

目標軌道生成部４２Ｄは、操作者によって指定されるトレーラ１２の目標位置ＰＳ^＊を取り込む。目標位置ＰＳ^＊は、操作者がトレーラ１２を移動させたい位置である。操作者は、たとえば表示装置２０の画面２１に表示される連結車両１０のトップビュー（真上からの映像）を見ながらトレーラ１２を移動させる目標位置ＰＳ^＊を指定する。操作者は、表示装置２０の画面２１に対するタッチ操作を通じて、トレーラ１２の目標位置ＰＳ^＊を指定する。

ただし、操作者は、表示装置２０の画面２１に表示される連結車両１０のトップビューを見ながら入力装置４１を操作することにより、トレーラ１２の目標位置ＰＳ^＊を指定するようにしてもよい。

目標軌道生成部４２Ｄは、フリースペース認識装置５３を通じて、トレーラ１２が走行可能なフリースペースＳＰを認識する。フリースペース認識装置５３は、トラクタ１１およびトレーラ１２に設けられる複数のカメラを含む。フリースペース認識装置５３は、トラクタ１１およびトレーラ１２の周囲、すなわち連結車両１０の周囲の映像を撮影する。

目標軌道生成部４２Ｄは、計測装置５０の構成要素として設けられるＧＰＳセンサを通じてトレーラ１２の現在の位置ＰＳを取得する。ＧＰＳセンサは、ＧＰＳ（Global Positioning System）用の人工衛星からの測位信号を受信する。ＧＰＳセンサは、受信される測位信号に基づきトレーラ１２の位置ＰＳを検出する。検出される位置の情報には、たとえば緯度、経度および高度が含まれる。

目標軌道生成部４２Ｄは、操作者によって指定されるトレーラ１２の目標位置ＰＳ^＊、フリースペース認識装置５３を通じて認識されるフリースペースＳＰ、および後退を開始するトレーラ１２の位置ＰＳに基づき、トレーラ１２の目標軌道ＯＢを生成する。目標軌道ＯＢは、トレーラ１２の現在の位置ＰＳから目標位置ＰＳ^＊までの理想的なルートである。ただし、目標軌道生成部４２Ｄは、トレーラ１２が障害物などに衝突しないように、かつジャックナイフ現象を発生させないように、トレーラ１２の目標軌道ＯＢを生成する。ジャックナイフ現象とは、連結車両１０の後退操作時においてトラクタ１１とトレーラ１２との連結部分が大きく折れ曲がる現象をいう。ちなみに、目標軌道生成部４２Ｄは、フリースペースＳＰを考慮することなく、トレーラ１２の目標位置ＰＳ^＊およびトレーラ１２の位置ＰＳにのみ基づいてトレーラ１２の目標軌道ＯＢを生成するようにしてもよい。

軌道追従制御部４２Ｅは、目標軌道生成部４２Ｄにより生成されるトレーラ１２の目標軌道ＯＢ、および計測装置５０のＧＰＳセンサを通じて検出されるトレーラ１２の位置ＰＳを取り込む。軌道追従制御部４２Ｅは、後退を開始するトレーラ１２の位置ＰＳに基づき、トレーラ１２が目標軌道ＯＢに沿って走行するための目標仮想操舵角α_２ ^＊を演算する。

制御部４２Ｂは、軌道追従制御部４２Ｅにより設定される目標仮想操舵角α_２ ^＊ならびに計測装置５０を通じて検出されるヒッチ角β、車速Ｖおよび前輪１１Ｆの操舵角α_１に基づき、トラクタ１１の前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α_２が目標仮想操舵角α_２ ^＊に収束するように、前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。すなわち、制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α_２を目標仮想操舵角α_２ ^＊に一致させるべく、仮想操舵角α_２のフィードバック制御の実行を通じて前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。

このように演算される目標操舵角α_１ ^＊に対してトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１が追従するように制御されることにより、トレーラ１２は目標軌道ＯＢに沿って走行することが可能となる。すなわち、操作者により指定されるトレーラ１２の目標位置ＰＳ^＊に向けてステアリングホイールが自動的に制御される。このため、操作者は、アクセルおよびブレーキの操作に専念することができる。操作者は、アクセルおよびブレーキの操作を通じて連結車両１０の後退速度を調節しながらトレーラ１２を目標位置ＰＳ^＊に移動させることができる。

ちなみに、後退制御装置４２は、他の車両制御装置を通じてアクセル、ブレーキおよびシフトレンジの操作を自動制御するようにしてもよい。このようにすれば、トレーラ１２の自動後退システムを構築することが可能となる。操作者は、トレーラ１２の目標位置ＰＳ^＊を指定した後、表示装置２０の画面２１に表示される支援開始ボタン２１Ａをタッチ操作するだけで、トレーラ１２の後退操作を完了させることができる。操舵制御装置３０Ｄを含む各種の車両制御装置によって、ステアリングホイール、アクセル、ブレーキおよびシフトレンジが自動制御されることによって、トレーラ１２はスムーズに目標位置ＰＳ^＊へ移動する。ただし、シフトレンジの切り替えは操作者が行うようにしてもよい。

＜第３の実施の形態の効果＞
したがって、第３の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（３－１）操作者により指定されるトレーラ１２の目標位置ＰＳ^＊に向けてステアリングホイール、すなわちトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α_１が自動的に制御される。このため、操作者は、アクセルおよびブレーキの操作に専念することができる。操作者は、アクセルおよびブレーキの操作を通じて連結車両１０の後退速度を調節しながらトレーラ１２を目標位置ＰＳ^＊に移動させることができる。

（３－２）トレーラ１２は、仮想的な前輪を有する単体車両とみなせる。この特徴を活かして、連結車両１０の自動後退システムを構築することができる。たとえば制御部４２Ｂの内部的な制御量がトレーラ１２の仮想操舵角α_２であることを踏まえて、既存の普通乗用車用の自動駐車制御をトレーラ１２の自動後退制御に適用することが可能である。このため、トレーラ１２を目標軌道ＯＢに追従させるための制御を新たに開発する必要がない。

＜第４の実施の形態＞
つぎに、連結車両の後退制御装置を具体化した第４の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には先の図１～図１１に示される第１の実施の形態と同様の構成を有している。本実施の形態は、トラクタ１１が自動駐車機能を有する点で第１の実施の形態と異なる。したがって、第１の実施の形態と同一の部材および構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を割愛する。

図１４に示すように、連結車両１０のフィードバック制御系は、後退制御装置４２および制御対象であるプラントＰを有する。また、連結車両１０のフィードバック制御系は、判定部６１、トラクタ検出部６２、トレーラ検出部６３、第１の切替部６４、駐車制御部６５、および第２の切替部６６を有している。駐車制御部６５は、後退制御装置４２に対する上位の制御装置である。

判定部６１は、トラクタ１１にトレーラ１２が連結されているかどうかを判定する。判定部６１は、たとえばトラクタ１１に対するトレーラ１２の連結を検出する図示しないセンサの検出結果に基づき、トラクタ１１にトレーラ１２が連結されているかどうかを判定する。判定部６１は、トラクタ１１にトレーラ１２が連結されている旨判定されるとき、フラグＦＧの値を「１」にセットする。判定部６１は、トラクタ１１にトレーラ１２が連結されていない旨判定されるとき、フラグＦＧの値を「０」にセットする。

トラクタ検出部６２は、トラクタ１１の周辺情報およびトラクタ１１の状態量を検出する。トラクタ検出部６２は、トラクタ１１の周辺情報を検出するためのカメラおよびレーダなどを含む。また、トラクタ検出部６２は、トラクタ１１の状態量を検出するための各種のセンサを含む。トラクタ検出部６２は、検出されるトラクタ１１の周辺情報およびトラクタ１１の状態量を含む電気信号ＳＴ１を生成する。

トレーラ検出部６３は、トレーラ１２の周辺情報およびトレーラ１２の状態量を検出する。トレーラ検出部６３は、トレーラ１２の周辺情報を検出するためのカメラおよびレーダなどを含む。また、トレーラ検出部６３は、トレーラ１２の状態量を検出するための各種のセンサを含む。トレーラ検出部６３は、検出されるトレーラ１２の周辺情報およびトレーラ１２の状態量を含む電気信号ＳＴ２を生成する。

第１の切替部６４は、判定部６１により設定されるフラグＦＧの値に応じて、駐車制御部６５へ供給する電気信号を切り替える。第１の切替部６４は、フラグＦＧの値が「０」であるとき、すなわちトラクタ１１にトレーラ１２が連結されていないとき、トラクタ検出部６２により生成される電気信号ＳＴ１を駐車制御部６５へ供給する。第１の切替部６４は、フラグＦＧの値が「１」であるとき、すなわちトラクタ１１にトレーラ１２が連結されているとき、トレーラ検出部６３により生成される電気信号ＳＴ２を駐車制御部６５へ供給する。

駐車制御部６５は、自動駐車機能がオンされているとき、判定部６１により設定されるフラグＦＧの値に応じて、トラクタ１１の前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。駐車制御部６５は、フラグＦＧの値が「０」であるとき、すなわちトラクタ１１にトレーラ１２が連結されていないとき、操作者によって指定される駐車スペースおよびＧＰＳセンサを通じて検出されるトラクタ１１の位置に基づき、トラクタ１１の目標軌道を生成する。目標軌道は、トラクタ１１の現在の位置から目標位置である駐車スペースまでの理想的なルートである。ただし、駐車制御部６５は、トラクタ１１が障害物などに衝突しないようにトラクタ１１の目標軌道を生成する。駐車制御部６５は、生成されるトラクタ１１の目標軌道およびトラクタ１１の現在の位置に基づき、トラクタ１１が目標軌道に沿って走行するための前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。

駐車制御部６５は、フラグＦＧの値が「１」であるとき、すなわちトラクタ１１にトレーラ１２が連結されているとき、トレーラ１２を仮想的な前輪を有する単体車両とみなしてトレーラ１２の目標軌道を生成する。駐車制御部６５は、たとえば操作者による特定の操作を通じて指定される駐車スペースおよびＧＰＳセンサを通じて検出されるトレーラ１２の位置に基づき、単体車両としてのトレーラ１２の目標軌道を生成する。目標軌道は、トレーラ１２の現在の位置から目標位置である駐車スペースまでの理想的なルートである。ただし、駐車制御部６５は、トレーラ１２が障害物などに衝突しないように、かつジャックナイフ現象を発生させないように、トレーラ１２の目標軌道を生成する。駐車制御部６５は、生成されるトレーラ１２の目標軌道およびトレーラ１２の現在の位置に基づき、単体車両としてのトレーラ１２が目標軌道に沿って走行するための仮想的な前輪の目標操舵角α_１ ^＊を演算する。このとき演算される目標操舵角α_１ ^＊は、トレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊と等しい。

後退制御装置４２は、駐車制御部６５により演算される前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を目標仮想操舵角α_２ ^＊として設定する。後退制御装置４２は、トレーラ１２の仮想操舵角α_２が目標仮想操舵角α_２ ^＊に収束するように、前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。すなわち、制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α_２を目標仮想操舵角α_２ ^＊に一致させるべく、仮想操舵角α_２のフィードバック制御の実行を通じて前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊を演算する。

第２の切替部６６は、判定部６１により設定されるフラグＦＧの値に応じて、プラントＰへ供給する電気信号を切り替える。第２の切替部６６は、フラグＦＧの値が「０」であるとき、すなわちトラクタ１１にトレーラ１２が連結されていないとき、駐車制御部６５により演算される前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊をプラントＰへ供給する。第２の切替部６６は、フラグＦＧの値が「１」であるとき、すなわちトラクタ１１にトレーラ１２が連結されているとき、後退制御装置４２により演算される前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊をプラントＰへ供給する。

操舵制御装置３０Ｄは、操舵角センサ３０Ｃを通じて検出される前輪１１Ｆの操舵角α_１を目標操舵角α_１ ^＊に一致させるように、モータ３０Ａの動作を制御する。これにより、トラクタ１１にトレーラ１２が連結されていない場合、トラクタ１１はその目標軌道に沿って走行することが可能となる。自動駐車機能の実行を通じて、トラクタ１１は現在の位置から指定の駐車スペースまで自動的に移動する。また、トラクタ１１にトレーラ１２が連結されている場合、トレーラ１２はその目標軌道に沿って走行することが可能となる。自動駐車機能の実行を通じて、トレーラ１２は現在の位置から指定の駐車スペースまで自動的に移動する。

＜第４の実施の形態の効果＞
したがって、第４の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（４－１）トラクタ１１にトレーラ１２が連結されているかどうかに応じて、自動駐車に使用される信号がトラクタ１１に関する信号とトレーラ１２に関する信号との間で切り替えられる。トラクタ１１にトレーラ１２が連結されている場合、トレーラ１２を仮想的な前輪を有する単体車両とみなしてトレーラ１２の仮想的な前輪の目標操舵角α_１ ^＊が演算される。すなわち、トラクタ１１にトレーラ１２が連結されていない場合と同様の処理手順で、目標操舵角α_１ ^＊が演算される。このとき演算される目標操舵角α_１ ^＊は、トレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊と等しい。このため、トラクタ１１にトレーラ１２が連結されている場合、目標操舵角α_１ ^＊が目標仮想操舵角α_２ ^＊として設定されるとともに、その設定される目標仮想操舵角α_２ ^＊を実現するための前輪１１Ｆの目標操舵角α_１ ^＊が演算される。前輪１１Ｆの操舵角α_１が目標操舵角α_１ ^＊に追従するように、操舵角α_１のフィードバック制御が実行されることにより、トレーラ１２はその目標軌道に沿って走行することが可能となる。このように、既存の自動駐車ロジックを使用してトレーラ１２を自動駐車することができる。

（４－２）また、トラクタ１１単体の自動駐車機能のロジックをトラクタ１１にトレーラ１２が連結されていないときと連結されているときとで共用化することにより、リーズナブルにトレーラ１２の自動後退を実現することが可能である。

＜他の実施の形態＞
なお、各実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第１および第２の実施の形態のように、トラクタ１１の操舵機構として前輪１１Ｆとステアリングホイールとの間を動力伝達可能に連結するタイプの操舵機構が採用される場合、入力装置４１として、つぎの構成を採用してもよい。たとえば先のダイヤル４１Ａに代えて、スライダを有する構成を採用してもよい。後退制御装置４２は、スライダの位置に基づきトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を設定する。後退制御装置４２は、たとえばスライダの位置とトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊との関係を規定するマップを使用してスライダの位置に応じた目標仮想操舵角α_２ ^＊を演算する。ちなみに、スライダは連結車両１０の後退方向あるいは後退経路を指定する専用品であってもよいし、他の車載機器を操作するためのスライダであってもよい。

・第１および第２の実施の形態のように、トラクタ１１の操舵機構として前輪１１Ｆとステアリングホイールとの間を動力伝達可能に連結するタイプの操舵機構が採用される場合、入力装置４１として、つぎの構成を採用してもよい。たとえば車室内の運転席の近傍にタッチパネルなどの表示装置を設け、この表示装置の画面に仮想的なステアリングホイールの図柄を表示する。ちなみに、表示装置は、先の表示装置２０であってもよいし、表示装置２０とは別個の表示装置であってもよい。操作者は、表示装置の画面に表示される仮想的なステアリングホイールに対するタッチ操作あるいはなぞり操作を通じて、連結車両１０の後退方向あるいは後退経路を指定する。後退制御装置４２は、仮想的なステアリングホイールに対するタッチ位置あるいはなぞり量に基づきトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を設定する。

・第１～第４の実施の形態においては、トラクタ１１の操舵機構として前輪１１Ｆとステアリングホイールとの間の動力伝達が遮断されるステアバイワイヤタイプの操舵機構が採用されることがある。この場合、第１および第２の実施の形態においては、ステアリングホイールを入力装置４１として使用してもよい。これは、前輪１１Ｆとステアリングホイールとを互いに独立して動かすことができるからである。ちなみに、トラクタ１１の前輪１１Ｆは、転舵モータの駆動を通じて操舵される。この場合、連結車両１０の後退支援機能がオフからオンへ切り替えられることを契機として、ステアリングホイールの機能が入力装置４１としての機能へ切り替えられる。操作者は、ステアリングホイールの操作を通じて、連結車両１０の後退方向あるいは後退経路を指定する。後退制御装置４２は、ステアリングホイールの操作位置あるいは操作量に基づきトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を設定する。

・第１～第４の実施の形態においては、トラクタ１１の操舵機構としてギヤ比可変ステアリングシステムが採用されることがある。ギヤ比可変ステアリングシステムは、操舵性の向上を目的として、ステアリングシャフトに設けられるＶＧＲモータの駆動を通じてステアリングホイールの操舵角と前輪１１Ｆの操舵角との比率であるギヤ比を変化させるものである。この場合、第１および第２の実施の形態においては、ステアリングホイールと前輪１１Ｆとを互いに独立して動かすことができる範囲を有するとき、その範囲内においてステアリングホイールを入力装置４１として機能させてもよい。

・第１～第４の実施の形態においては、トラクタ１１の操舵機構として、前輪１１Ｆとステアリングホイールとの間を動力伝達可能に連結する前輪操舵機構、および後輪１１Ｒを独立して操舵可能とした後輪操舵機構を有する操舵機構が採用されることがある。この場合、第１および第２の実施の形態においては、入力装置４１としてステアリングホイールを入力装置４１として使用してもよい。これは、ステアリングホイールと前輪１１Ｆとは互いに連結されているものの、後輪１１Ｒが自由に動かせるからである。ちなみに、後輪１１Ｒは、転舵モータの駆動を通じて操舵される。

・第１～第４の実施の形態において、入力装置４１の操作を通じて指定されるトレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を既存の車載機器を操作するためのボタンの操作を通じて増減させるようにしてもよい。この場合、連結車両１０の後退支援機能がオフからオンへ切り替えられることを契機として、車載機器のボタンの機能が車載機器の操作する機能からトレーラ１２の後退方向あるいは後退経路を指定する機能へ切り替えられる。車載機器としては、オーディオ、ラジオあるいはエアーコンディショナなどが挙げられる。操作者は、車載機器のボタンの操作を通じて、トレーラ１２の目標仮想操舵角α_２ ^＊を微調節することが可能となる。

・第１～第４の実施の形態において、後退制御装置４２は、後退支援制御の実行中、操作者による操舵介入を抑制するようにしてもよい。後退制御装置４２は、たとえばトルクセンサ３０Ｂを通じて検出される操舵トルクτ_ｓｔｒに基づき操作者による操舵介入を検出する。後退制御装置４２は、操作者による操舵介入が検出されるとき、操作者に対して操舵介入の中止あるいは後退支援制御の実行停止を警告する。警告は、たとえば表示装置２０にメッセージを表示したり車載のスピーカを通じて音声を発したりすることにより行う。

・トラクタ１１は、いわゆる自動運転機能を有していてもよい。この場合、トラクタ１１を遠隔から運転操作可能に構成してもよい。たとえば、連結車両１０から遠隔に存在する操作者が電気通信技術を利用して連結車両１０の運転操作を行う。連結車両１０の後退方向あるいは後退経路は、遠隔操作を通じて指定される。遠隔操作は、たとえば遠隔操作装置の操作部材を操作することにより行われる。連結車両１０は、車室内での運転操作、および車室外からの遠隔操作を選択的に行うことが可能であってもよい。

１０…連結車両
１１…トラクタ
１１Ｆ…前輪（操舵輪）
１２…トレーラ
３０Ｄ…操舵制御装置
４１…入力装置
４１Ａ…ダイヤル（操作部材）
４２…後退制御装置
４２Ａ…設定部
４２Ｂ…制御部（第１の制御部）
４２Ｃ…トラクタ状態量制御部（第２の制御部）
４２Ｄ…目標軌道生成部
４２Ｅ…軌道追従制御部
５０…計測装置（センサ）
６５…駐車制御部

Claims (8)

1. 車両の進行方向を変える車輪である操舵輪の操舵角を目標操舵角に追従させるフィードバック制御を実行する操舵制御装置が搭載されるトラクタと、前記トラクタによって牽引されるトレーラとを有する連結車両の後退制御装置であって、
   前記連結車両の後退操作が行われるとき、前記トレーラを単体車両とみなした場合の前記トレーラの仮想的な操舵輪の操舵角である仮想操舵角が、操作者による特定の操作を通じて設定される前記仮想操舵角の目標値である目標仮想操舵角に追従するように、前記トラクタの操舵輪の目標操舵角を演算する制御部を有している連結車両の後退制御装置。
2. 前記特定の操作は操作部材の操作であって、
   前記操作部材の操作量あるいは操作位置に基づき前記トレーラの目標仮想操舵角を設定する設定部を有し、
   前記制御部は、前記設定部により設定される前記トレーラの目標仮想操舵角に前記トレーラの仮想操舵角が追従するように、前記トラクタの操舵輪の目標操舵角を演算する請求項１に記載の連結車両の後退制御装置。
3. 前記制御部は、前記トレーラの仮想操舵角を前記トレーラの目標仮想操舵角に追従させるフィードバック制御の実行を通じて前記トラクタの旋回状態が反映される状態量の目標値である目標状態量を演算する第１の制御部と、
   前記トラクタの旋回状態が反映される状態量を前記第１の制御部により演算される前記トラクタの目標状態量に追従させるフィードバック制御の実行を通じて前記トラクタの操舵輪の目標操舵角を演算する第２の制御部と、を有している請求項１または請求項２に記載の連結車両の後退制御装置。
4. 操作者による特定の操作を通じて指定される前記トレーラの目標位置およびセンサを通じて検出される前記トレーラの位置に基づき、トレーラの現在の位置から前記目標位置までの理想的なルートである前記トレーラの目標軌道を生成する目標軌道生成部と、
   前記センサを通じて検出される前記トレーラの位置に基づき、前記トレーラが前記目標軌道生成部により生成される前記トレーラの目標軌道に沿って走行するための前記トレーラの目標仮想操舵角を演算する軌道追従制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記トレーラの仮想操舵角が前記軌道追従制御部により演算される前記トレーラの目標仮想操舵角に追従するように、前記トラクタの操舵輪の目標操舵角を演算する請求項１または請求項２に記載の連結車両の後退制御装置。
5. 前記トラクタは、自動駐車機能を実行する駐車制御部を有し、
   前記駐車制御部は、前記トラクタに前記トレーラが連結されていないとき、操作者によって指定される駐車スペースおよび前記トラクタの位置に基づき生成される目標軌道に沿って前記トラクタが走行するための前記目標操舵角を演算する第１の演算機能と、
   前記トラクタに前記トレーラが連結されているとき、前記駐車スペースおよび単体車両とみなした前記トレーラの位置に基づき生成される目標軌道に沿って前記トレーラが走行するための前記目標操舵角を演算する第２の演算機能と、を有し、
   前記制御部は、前記駐車制御部により演算される目標操舵角を前記トレーラの目標仮想操舵角として設定し、この設定される目標仮想操舵角に前記トレーラの仮想操舵角が追従するように前記トラクタの目標操舵角を演算し、
   前記トラクタに前記トレーラが連結されていないときには前記第１の演算機能を通じて演算される前記トラクタの目標操舵角が前記操舵制御装置に供給される一方、前記トラクタに前記トレーラが連結されているときには前記制御部により演算される前記トラクタの目標操舵角が前記操舵制御装置に供給される請求項１に記載の連結車両の後退制御装置。
6. 前記制御部は、非線形モデル予測制御を使用して前記トラクタの目標操舵角を演算するとともに、前記トレーラの目標仮想操舵角に対する前記仮想操舵角の追従性および前記トラクタの状態量のうち少なくとも１つに重みが持たせられている請求項１～請求項５のうちいずれか一項に記載の連結車両の後退制御装置。
7. 前記状態量に重みが持たせられる場合、前記状態量は、前記トラクタの操舵角、前記トラクタの操舵角速度、前記トラクタのヨーレート、および前記トラクタの移動軌跡の曲率のうち少なくとも１つである請求項６に記載の連結車両の後退制御装置。
8. 車両の進行方向を変える車輪である操舵輪の操舵角を目標操舵角に追従させるフィードバック制御を実行する操舵制御装置が搭載されるトラクタと、前記トラクタによって牽引されるトレーラとを有する連結車両の後退を制御するための処理をコンピュータに実行させる連結車両の後退制御プログラムであって、
   前記連結車両の後退操作が行われるとき、前記トレーラを単体車両とみなした場合の前記トレーラの仮想的な操舵角である仮想操舵角の目標値としての目標仮想操舵角を操作者による特定の操作に基づき設定する第１の段階と、
   前記第１の段階で設定される前記目標仮想操舵角に前記トレーラの仮想操舵角が追従するように前記トラクタの目標操舵角を演算する第２の段階と、
   前記第２の段階で演算される前記トラクタの目標操舵角を前記操舵制御装置へ供給する第３の段階と、を有している連結車両の後退制御プログラム。

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