WO2022270322A1 - 連結車両の後退制御装置、連結車両の後退制御プログラムを記憶したコンピュータ可読媒体、および連結車両の後退制御方法 - Google Patents

連結車両の後退制御装置、連結車両の後退制御プログラムを記憶したコンピュータ可読媒体、および連結車両の後退制御方法 Download PDF

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WO2022270322A1
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WO
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steering angle
target
tractor
trailer
reverse
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PCT/JP2022/023264
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裕高 所
大輔 長坂
章 伊藤
Original Assignee
株式会社ジェイテクト
株式会社J-QuAD DYNAMICS
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Publication date
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D12/00—Steering specially adapted for vehicles operating in tandem or having pivotally connected frames
    • B62D12/02—Steering specially adapted for vehicles operating in tandem or having pivotally connected frames for vehicles operating in tandem
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D13/00—Steering specially adapted for trailers
    • B62D13/06—Steering specially adapted for trailers for backing a normally drawn trailer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits

Definitions

  • the present disclosure relates to an articulated vehicle reverse control device, a computer-readable medium storing an articulated vehicle reverse control program, and a articulated vehicle reverse control method.
  • the U.S. Pat. No. 5,300,000 system steers the vehicle so that the trailer moves along a reference path specified by the driver when the driver uses the accelerator and brake pedals to control the vehicle's reverse speed. Automatically steer the wheels.
  • the curvature controller of the system performs controls to reverse the trailer along the reference path based on the steering angle of the tractor.
  • the curvature controller has a curvature regulator and a hitch angle regulator.
  • the curvature regulator calculates a target hitch angle based on the current steering angle provided by the measurement module and the target curvature of the trailer path input by the driver through the input device.
  • the hitch angle regulator calculates a steering angle command for the electric power steering system through execution of hitch angle feedback control so that the current hitch angle follows the target hitch angle calculated by the curvature regulator.
  • the electric power steering system rotates the steering wheel based on steering angle commands.
  • the system of Patent Document 1 has the following concerns. That is, the curvature regulator calculates the target hitch angle, which is the target value of the hitch angle regulator, using the steering angle, which is the manipulated variable of the hitch angle regulator. Since the target value of the hitch angle regulator is changed by the operation of the hitch angle regulator itself, the convergence of the hitch angle with respect to the target hitch angle may deteriorate. Therefore, it is difficult to reverse the articulated vehicle with the curvature intended by the driver input through the input device, and to reach the desired position of the articulated vehicle.
  • the articulated vehicle includes a tractor having steered wheels, which are wheels that change the traveling direction of the articulated vehicle, and a trailer towed by the tractor.
  • the tractor sets the steering angle of the steered wheels to a target steering angle
  • a steering control device configured to perform feedback control to follow is mounted.
  • the reverse control device includes a control unit configured to calculate the target steering angle such that the virtual steering angle follows the target virtual steering angle when a reverse operation of the coupled vehicle is performed.
  • the steering angle is the steering angle of the steered wheels that virtually exist in the trailer when the trailer is regarded as a single vehicle, and the target virtual steering angle is the virtual steering angle set through a specific operation by an operator. is the target value of the angle.
  • the articulated vehicle includes a tractor having steered wheels, which are wheels that change the traveling direction of the articulated vehicle, and a trailer towed by the tractor.
  • the tractor sets the steering angle of the steered wheels to a target steering angle
  • a steering control device configured to perform feedback control to follow is mounted.
  • the reverse control program comprises a first process of setting a target virtual steering angle in the reverse control device when a reverse operation of the coupled vehicle is performed, and the target virtual steering angle set in the first process. and a third process of supplying the target steering angle calculated in the second process to the steering control device.
  • the virtual steering angle is a steering angle of a steering wheel that virtually exists in the trailer when the trailer is regarded as a single vehicle, and the target virtual steering angle is specified by an operator. is the target value of the virtual steering angle set through the operation of .
  • the articulated vehicle includes a tractor having steered wheels, which are wheels that change the traveling direction of the articulated vehicle, and a trailer towed by the tractor.
  • the tractor sets the steering angle of the steered wheels to a target steering angle
  • a steering control device configured to perform feedback control to follow is mounted.
  • the reverse control method includes calculating the target steering angle such that the virtual steering angle follows the target virtual steering angle when a reverse operation of the articulated vehicle is performed, and the virtual steering angle is the steering angle of the steered wheels that virtually exist in the trailer when viewed as a single vehicle, and the target virtual steering angle is a target value of the virtual steering angle that is set through a specific operation by an operator. .
  • FIG. 1 is a perspective view of an articulated vehicle according to a first embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a block diagram of a reverse support device mounted on the articulated vehicle of FIG. 1; 2 is a motion model of the articulated vehicle of FIG. 1; 2 is a motion model of the trailer of FIG. 1; 2 is a block diagram of the articulated vehicle of FIG. 1;
  • FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the articulated vehicle of FIG. 1;
  • FIG. FIG. 3 is a flow chart showing a processing procedure of reverse support control executed by the reverse control device of FIG. 2;
  • FIG. FIG. 2 is a motion model of the articulated vehicle of FIG. 1 when turning backward to the right;
  • FIG. FIG. 2 is a motion model of the single tractor in FIG.
  • FIG. 1 is a motion model of the single trailer in FIG. 1 when turning backward to the right;
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between error ratios and steady-state deviations with respect to the specifications of the coupled vehicle of FIG. 1;
  • FIG. 7 is a block diagram showing a control configuration of a coupled vehicle according to a second embodiment;
  • FIG. 11 is a block diagram showing a control configuration of a coupled vehicle according to a third embodiment;
  • FIG. FIG. 11 is a block diagram showing a control configuration of a coupled vehicle according to a fourth embodiment;
  • articulated vehicle 10 has tractor 11 and trailer 12 .
  • tractors 11 there are various types of tractors 11 .
  • a pick-up truck which is a type of small truck, will be described.
  • the tractor 11 has front wheels 11F and rear wheels 11R.
  • the front wheels 11F include two wheels, a right front wheel and a left front wheel
  • the rear wheels 11R include two wheels, a right rear wheel and a left rear wheel.
  • FIG. 1 shows only the left front wheel and the left rear wheel.
  • the front wheels 11F and the steering wheel are connected, for example, via a steering mechanism so as to be able to transmit power.
  • the front wheels 11F are steering wheels.
  • the steerable wheels refer to wheels that change the traveling direction of the tractor 11 by moving according to the operation of the steering wheel.
  • the trailer 12 has various shapes and sizes depending on the application.
  • a box-shaped trailer 12 is taken as an example.
  • the trailer 12 has wheels 12R.
  • the wheels 12R include two wheels, a right wheel and a left wheel. However, only the left wheel is illustrated in FIG.
  • the trailer 12 is towed by being connected to the rear of the tractor 11 .
  • a trailer 12 is connected to the rear of the tractor 11 via a ball joint 13 .
  • Ball joint 13 has hitch ball 14 and hitch coupler 15 .
  • the hitch ball 14 is provided at the rear of the tractor 11 via a hitch member.
  • the hitch coupler 15 is provided at the tip of a tongue 16 projecting from the front portion of the trailer 12 .
  • the tractor 11 is equipped with a display device 20 , a power steering device 30 and a backing support device 40 .
  • the display device 20 is provided, for example, on an instrument panel inside the vehicle.
  • the display device 20 is, for example, a touch panel, and by touching the display on the screen 21, it is possible to input data or instruct the operation of the in-vehicle equipment.
  • the screen 21 displays, for example, a support start button 21A and a support end button 21B.
  • the support start button 21A is operated when the reverse support function of the connected vehicle 10 is turned on.
  • the support end button 21B is operated when turning off the reverse support function of the connected vehicle 10 .
  • the power steering device 30 is a system for assisting the steering of the steering wheel by the operator, and has a motor 30A, a torque sensor 30B, a steering angle sensor 30C and a steering control device 30D. Operators include a driver who drives articulated vehicle 10 within the cabin of tractor 11 .
  • the motor 30A generates assist force.
  • the assist force is force for assisting the steering of the steering wheel.
  • the torque of the motor 30A is transmitted to the front wheels 11F by being applied to the steering mechanism via the speed reduction mechanism.
  • the torque sensor 30B detects the steering torque ⁇ str , which is the torque applied to the steering wheel.
  • the steering angle sensor 30C detects the steering angle ⁇ 1, which is the turning angle of the front wheels 11F, based on the rotation angle of the motor 30A, for example.
  • the front wheels 11F and the motor 30A are interlocked with each other via a steering mechanism. Therefore, there is a correlation between the rotation angle of the motor 30A and the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F. Therefore, the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F can be obtained based on the rotation angle of the motor 30A.
  • the steering control device 30D executes assist control when the reverse support function of the combined vehicle 10 is turned off.
  • the steering control device 30D controls energization of the motor 30A based on the steering torque ⁇ str detected through the torque sensor 30B, thereby causing the motor 30A to generate an assist force corresponding to the steering torque ⁇ str .
  • the steering control device 30D executes steering control of the front wheels 11F when the reverse support function of the combined vehicle 10 is turned on.
  • the steering control device 30D steers the front wheels 11F by controlling the rotation angle of the motor 30A based on the target steering angle ⁇ 1 * generated by the reversing support device 40 when the reversing support function of the combined vehicle 10 is turned on. Control the angle ⁇ 1 .
  • the target steering angle ⁇ 1 * is the target value of the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F.
  • the steering control device 30D controls the operation of the motor 30A by performing feedback control of the steering angle ⁇ 1 so that the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F detected by the steering angle sensor 30C matches the target steering angle ⁇ 1 * . .
  • the reversing support device 40 assists the reversing operation of the combined vehicle 10 when the reversing support function of the combined vehicle 10 is turned on.
  • the reverse assist device 40 operates on the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F based on the reverse direction or the reverse route of the combined vehicle 10 designated by the operator and the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F detected by the steering angle sensor 30C. to calculate
  • the target steering angle ⁇ 1 * is a target value of the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F required for the vehicle combination 10 to move along the backward direction or the backward route of the vehicle combination 10 designated by the operator. .
  • the reverse support device 40 does not calculate the target steering angle ⁇ 1 * when the reverse support function of the combined vehicle 10 is turned off.
  • the reverse support device 40 has an input device 41 and a reverse control device 42 .
  • the input device 41 has a dial 41A as an operating member.
  • the dial 41A is provided, for example, on the center console inside the vehicle.
  • the dial 41A is operated when the operator designates the reverse direction or the reverse route of the combined vehicle 10.
  • the reverse direction or reverse path includes, for example, reverse left turn, reverse right turn and straight reverse.
  • the dial 41A is operated counterclockwise with reference to the reference position corresponding to the straight path.
  • the dial 41A is operated clockwise with reference to the reference position.
  • the dial 41A is maintained at the reference position.
  • the input device 41 generates an electric signal S1 corresponding to an operation amount or an operation position based on a reference position of the dial 41A.
  • the reverse control device 42 has processing circuitry that includes any one of the following three configurations A1, A2, A3. A1.
  • One or more processors that operate according to a computer program that is software.
  • the processor includes a CPU (central processing unit) and memory.
  • A2 One or more dedicated hardware circuits, such as application specific integrated circuits (ASICs), that perform at least some of the various types of processing.
  • A3 A combination of configurations A1 and A2.
  • the memory is a medium readable by a computer, for example, a CPU, and stores a program describing processing or instructions for the computer.
  • Memory includes RAM (random access memory) and ROM (read only memory).
  • the CPU executes various controls by executing programs stored in the memory at predetermined calculation cycles.
  • the program includes a program for executing reverse support control of the articulated vehicle 10 .
  • the reverse support control refers to control for supporting the reverse operation of the articulated vehicle 10 .
  • the reverse control device 42 executes reverse support control for the combined vehicle 10 .
  • the reverse control device 42 starts executing the reverse support control in response to the operator's start operation of the reverse support control.
  • the reverse control device 42 stops the execution of the reverse support control when the operator terminates the reverse support control.
  • the operation for starting and ending the reverse support control by the operator is performed through the display device 20 .
  • the reverse control device 42 starts executing the reverse support control.
  • the reverse control device 42 terminates the reverse support control.
  • the reverse control device 42 causes the combined vehicle 10 to move backward through the power steering device 30 so that the combined vehicle 10 moves along the backward direction or the reverse route of the combined vehicle 10 designated by the operator when the backward support control is executed. control the route.
  • the reverse control device 42 has a setting section 42A and a control section 42B.
  • the setting unit 42A sets the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 based on the electric signal S1 generated by the input device 41, that is, the operation amount or the operation position with reference to the reference position of the dial 41A.
  • the target virtual steering angle ⁇ 2 * is the target value of the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 .
  • the virtual steering angle ⁇ 2 is an apparent steering angle when the trailer 12 is virtually separated from the tractor 11 and regarded as a single vehicle having virtual front wheels.
  • the setting unit 42A calculates the target virtual steering angle ⁇ 2 * according to the operation amount or operation position of the dial 41A.
  • This map defines the relationship between the operation amount or operation position of the dial 41A and the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 .
  • the operator can specify the target virtual steering angle ⁇ 2 * according to the desired reverse path for reversing the trailer 12 by operating the dial 41A.
  • the control unit 42B controls the target virtual steering angle ⁇ 2 * set by the setting unit 42A, the hitch angle ⁇ detected by the vehicle-mounted hitch angle sensor 51, the vehicle speed V detected by the vehicle-mounted vehicle speed sensor 52, and the steering angle sensor. Take the steering angle ⁇ 1 detected through 30C.
  • the hitch angle ⁇ is an angle between a central axis extending along the longitudinal direction of the tractor 11 and a central axis extending along the longitudinal direction of the trailer 12 .
  • the hitch angle ⁇ is also referred to as the bending angle of the trailer 12 with respect to the tractor 11 .
  • the control unit 42B sets the target steering angle of the front wheels 11F of the tractor 11 based on the target virtual steering angle ⁇ 2 * set by the setting unit 42A, the hitch angle ⁇ detected through various sensors, the vehicle speed V, and the steering angle ⁇ 1 . Calculate ⁇ 1 * .
  • the control unit 42B calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F so that the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 converges to the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • the control unit 42B calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F by performing feedback control of the virtual steering angle ⁇ 2 so that the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 matches the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • the motion model of the articulated vehicle 10 can be considered as an equivalent model in which the left and right wheels are moved to the central axis of the vehicle body in a two-dimensional xy coordinate system fixed on the ground.
  • the equivalent model can employ a two-wheel model in which the two front wheels 11F and the two rear wheels 11R are regarded as one wheel for the tractor 11 .
  • the equivalent model can employ a two-wheel model in which the trailer 12 regards the wheel 12R as one wheel and has one virtual front wheel, which will be described later.
  • the tractor attitude angle ⁇ 1 is positive when counterclockwise with respect to the X axis.
  • the counterclockwise rotation with respect to the central axis of the tractor 11 is positive.
  • the hitch angle ⁇ is positive when counterclockwise with respect to the central axis of the tractor 11 or its extension line.
  • the vehicle speed V is positive when moving forward and negative when moving backward.
  • the tractor 11 moves according to the velocity vector Vc0 of the front wheels 11F.
  • the trailer 12 moves according to the velocity vector Vc1 of the hitch point C1, which is the connection point with the tractor 11.
  • the velocity vector Vc1 of the hitch point C1 viewed from the trailer 12 can be regarded as a virtual front wheel velocity vector of the trailer 12.
  • FIG. 1 the angle between the velocity vector V c1 at the hitch point C 1 and the central axis of the trailer 12 is " ⁇ - ⁇ 1 ". In this case, as shown in FIG.
  • the yaw motion of the trailer 12 can be considered similar to the yaw motion of the tractor 11 when the trailer 12 is viewed as a single vehicle with imaginary front wheels.
  • the model of the tractor 11 in the articulated vehicle 10 has a model block 11A.
  • the model of the trailer 12 in the articulated vehicle 10 has model blocks 12A, 12B, 12C, 12D and 12E.
  • the model block 11A calculates the attitude angular velocity ⁇ 1 ( ⁇ ) of the tractor 11 using the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F of the tractor 11 and the velocity vector V B1 of the rear wheels 11R of the tractor 11 . Specifically, the model block 11A applies the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F of the tractor 11 and the velocity vector VB1 of the rear wheels 11R of the tractor 11 to the equation of motion representing the yaw motion of the tractor 11, thereby The attitude angular velocity ⁇ 1 ( ⁇ ) of is calculated.
  • the equation of motion representing the yaw motion of the tractor 11 is as described in the model block 11A.
  • a dot “ ⁇ ” indicates a time derivative.
  • the attitude angular velocity ⁇ 1 ( ⁇ ) of the tractor 11 is the yaw rate of the tractor 11 .
  • the velocity vector V B1 of the rear wheel 11 R of the tractor 11 corresponds to the velocity vector of the tractor 11 .
  • the model block 12A calculates the hitch angular velocity ⁇ ( ⁇ ) based on the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F of the tractor 11 and the velocity vector VB1 of the rear wheels 11R of the tractor 11 .
  • the model block 12B calculates the hitch angle ⁇ by integrating the hitch angular velocity ⁇ ( ⁇ ) calculated by the model block 12A.
  • the model block 12C calculates a virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 based on the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F of the tractor 11 and the hitch angle ⁇ calculated by the model block 12B.
  • the model block 12D calculates the velocity vector VB2 of the trailer 12 based on the hitch angle ⁇ calculated by the model block 12B and the velocity vector VB1 of the rear wheel 11R of the tractor 11.
  • the model block 12E uses the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 calculated by the model block 12C and the velocity vector V B2 of the trailer 12 calculated by the model block 12D to calculate the attitude angular velocity ⁇ 2 ( ⁇ ) of the trailer 12. to calculate Specifically, the model block 12E applies the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 and the velocity vector V B2 of the trailer 12 to the equation of motion representing the yaw motion of the trailer 12 to obtain the attitude angular velocity ⁇ 2 ( ⁇ ) is calculated.
  • the equation of motion representing the yaw motion of trailer 12 is as described in model block 12E.
  • a dot “ ⁇ ” indicates a time derivative.
  • the attitude angular velocity ⁇ 2 ( ⁇ ) of the trailer 12 is the yaw rate of the trailer 12 .
  • the equation of motion representing the yaw motion of the trailer 12 can be described by the same equation of motion as the equation of motion representing the yaw motion of the tractor 11. That is, when the trailer 12 is viewed as a single vehicle having virtual front wheels, the yaw motion of the trailer 12 can be considered in the same manner as the yaw motion of the tractor 11 alone.
  • the feedback control system of the articulated vehicle 10 has a reverse controller 42 as a controller and a plant P as a controlled object.
  • the reverse control device 42 controls the plant P according to the electric signal S1 generated by the input device 41 and the measurement result of the measuring device 50 when executing the reverse support control.
  • the electric signal S1 indicates an operation amount or an operation position with reference to the reference position of the dial 41A, and reflects the reverse direction or reverse route of the vehicle combination 10 designated by the operator.
  • the measuring device 50 measures the output of the plant P and includes a steering angle sensor 30C, a hitch angle sensor 51 and a vehicle speed sensor 52.
  • the plant P is controlled by the reverse control device 42 and includes the steering mechanism 11S of the tractor 11 and the trailer 12 .
  • the reverse control device 42 is input to the plant P according to the electric signal S1 generated by the input device 41, and the steering angle ⁇ 1, the hitch angle ⁇ and the vehicle speed V of the front wheels 11F of the tractor 11 which are outputs of the plant P. Determine the value of the target steering angle ⁇ 1 * .
  • the reverse control device 42 uses, for example, nonlinear model predictive control (NMPC) to calculate the target steering angle ⁇ 1 * .
  • NMPC nonlinear model predictive control
  • Nonlinear model predictive control is model predictive control for a system whose controlled object is nonlinear.
  • Model predictive control is a control method that performs optimization while predicting future responses at each time. For example, model predictive control can be adopted that performs feedback control while computing optimization problems at high speed online.
  • a predictive model for example, a controlled object model
  • the reverse control device 42 which is a controller, to predict the future behavior of the plant P, which is the controlled object, over a finite interval from the current time. Predict.
  • a predictive model is an equation of state.
  • Equation 1 The state quantity x(t) is expressed by Equation 1 below.
  • the manipulated variable u(t) is represented by Equation 2 below.
  • the manipulated variable u(t) is a control input to the plant P to be controlled.
  • Equation 3 The state equation represented by Equation 3 is a model that defines the state of the coupled vehicle system and simultaneously sets first-order differential equations that express the time change of each state.
  • x 1 is the hitch angle ⁇ .
  • x 2 is the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F of the tractor 11;
  • V B1 is the velocity vector of the rear wheel 11R of the tractor 11 .
  • l 1 is the wheelbase of the tractor 11 .
  • l 2 is the virtual wheelbase of trailer 12 .
  • l 2 is the distance between hitch point C 1 , which is the virtual front wheel of trailer 12 , and wheel 12R, which is the rear wheel of trailer 12 .
  • h 1 is the distance between the rear wheels 11R of the tractor 11 and the hitch point C 1 .
  • t is the time.
  • ⁇ str is the time constant of the steering response characteristic approximated by the first-order lag characteristic.
  • the input to this direct term is immediately reflected in the output. Therefore, in the state equation of Equation 3, the response characteristics of the steering mechanism 11S are taken into account in order to remove the effect of the direct term and to achieve a controllable configuration, as shown in the equation of motion for the steering angle ⁇ 1 in the lower part. model.
  • Equation 4 The output equation is expressed by Equation 4 below.
  • y is an internal control amount of the reverse control device 42, which is a controller, and is the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 in the first embodiment.
  • atan is the arctangent function.
  • t is the time.
  • model predictive control In order to actually perform control, it is necessary to use the predicted result to determine the manipulated variable u(t), which is the control input given to the plant P to be controlled, that is, the target steering angle ⁇ 1 * . Therefore, in model predictive control, a control input is uniquely determined by solving an optimization problem at a predetermined sampling period. That is, in model predictive control, at each time t, an optimization problem of minimizing the evaluation function from each time t to the future for a finite time T is considered.
  • Equation 5 The evaluation function J(u, t) is represented by the following Equation 5.
  • “U( ⁇ )” is the control amount of the plant P from time t to time t+T, that is, the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F of the tractor 11 , which is the actual control output from the plant P.
  • L(x, u) is a scalar value function representing the control objective, and is composed of, for example, the error from the target state or the magnitude of the control input. “ ⁇ ” is the current time, and the relational expression “t ⁇ t+T” holds.
  • Equation 6 The scalar-valued function L(x, u) is represented by Equation 6 below.
  • y(x( ⁇ )) is the current predicted value of the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 , which is the internal control amount of the reverse control device 42.
  • y ref is the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 which is the internal target value of the reverse controller 42 .
  • U( ⁇ ) is the manipulated variable for the plant P, that is, the target steering angle ⁇ 1 * , which is the control input for the plant P.
  • the first term on the right side of Equation 6 is the deviation between the current predicted value of the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 and the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • Equation 6 The second term on the right side of Equation 6 is the magnitude of the target steering angle ⁇ 1 * , which is the manipulated variable for the plant P.
  • Q is a weighting matrix for the deviation between the current predicted value of the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 and the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • R is a weight matrix for the magnitude of the target steering angle ⁇ 1 * .
  • Each element of these weight matrices Q and R is a tuning parameter and is set through computer simulation, for example.
  • the function to be optimized is the manipulated variable u( ⁇ ) as the control input from time t to time t+T.
  • the backward control device 42 solves the above optimization problem of minimizing the evaluation function J(u, t) from each time t to the future for a finite time T using a predetermined numerical optimization algorithm to find the optimum value.
  • a manipulated variable u( ⁇ ) as a control input is obtained, and only its initial value is used as the manipulated variable u(t) which is an actual control input at time t.
  • the backward controller 42 solves the optimization problem at a defined sampling period ⁇ t.
  • the reverse control device 42 obtains the operation amount u( ⁇ + ⁇ t) that is the optimum control input that minimizes the evaluation function J(u, t) from the sampling time t+ ⁇ t to the sampling time t+ ⁇ t+T. , only its initial value is used as the manipulated variable u(t+ ⁇ t), which is the actual control input at time t+ ⁇ t. Thereafter, the reverse control device 42 successively repeats the process of solving the optimization problem and determining the manipulated variable u(t), which is the control input, each time the next sampling time is reached.
  • model predictive control the state quantity x(t) at the current time is corrected with the value measured by the measuring device 50 at each sampling time each time prediction is performed. That is, in model predictive control, the initial value of prediction is corrected each time. Therefore, the model predictive control is state feedback control. As shown in the block diagram of FIG. 6 above, the articulated vehicle system has one feedback loop in which the state of the plant P is fed back to the reverse controller 42 .
  • the current predicted value of the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 which is the internal control amount of the reverse control device 42, and the target virtual A weighting matrix Q is provided for the deviations from the steering angle ⁇ 2 * .
  • a weight matrix R is given to the magnitude of the target steering angle ⁇ 1 * , which is the manipulated variable for the plant P. FIG. As a result, it is possible to suppress the calculation of an excessive target steering angle ⁇ 1 * while suppressing the deviation between the current predicted value and the previous predicted value of the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 .
  • the weight matrix R of the steering angle ⁇ 1 of the tractor 11 sensitive to the steering angular velocity, it is possible to suppress rapid changes in the target steering angle ⁇ 1 * .
  • the greater the weighting by the weighting matrix R the more the responsiveness of the target steering angle ⁇ 1 * can be suppressed.
  • the smaller the weights in the weighting matrix R the more the responsiveness of the target steering angle ⁇ 1 * can be improved.
  • the reverse control device 42 starts executing the reverse support control when the operator performs a reverse support control start operation, that is, when the support start button 21A displayed on the screen 21 of the display device 20 is touched.
  • the reverse control device 42 executes reverse support control according to a reverse control program stored in the internal memory.
  • the reverse control device 42 first sets the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 (step S101).
  • step S101 the reverse control device 42 sets the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 based on the electric signal S1 generated by the input device 41, that is, the operation amount or the operation position with reference to the reference position of the dial 41A. set.
  • the process of step S101 corresponds to the first process.
  • step S102 the reverse control device 42 acquires a sensor signal (step S102).
  • step S102 the reverse control device 42 outputs, as sensor signals, the hitch angle ⁇ detected through the hitch angle sensor 51, the vehicle speed V detected through the vehicle speed sensor 52, and the steering angle of the front wheels 11F detected through the steering angle sensor 30C. Take in ⁇ 1 .
  • step S103 the reverse control device 42 calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F of the tractor 11 (step S103).
  • step S103 the reverse control device 42 calculates a virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 based on the hitch angle ⁇ , the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F, and the vehicle speed V read in step S102.
  • the reverse control device 42 calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F so that the calculated virtual steering angle ⁇ 2 converges to the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • the process of step S103 corresponds to the second process.
  • step S104 the reverse control device 42 outputs the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F calculated in step S103 to the steering control device 30D (step S104).
  • the steering control device 30D controls the operation of the motor 30A so that the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F detected by the steering angle sensor 30C matches the inputted target steering angle ⁇ 1 * .
  • the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 follows the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • the process of step S104 corresponds to the third process.
  • step S105 determines whether or not to end the reverse support control. Specifically, in step S ⁇ b>105 , the reverse control device 42 determines whether or not the operator has operated to end the reverse support control, that is, whether the support end button 21 ⁇ /b>B displayed on the screen 21 of the display device 20 has been touched. If the reverse support control is not terminated, that is, if the operator has not performed an operation to end the reverse support control (NO in step S105), the reverse control device 42 proceeds to step S101. The reverse control device 42 terminates the process when the reverse support control is terminated, that is, when the operator performs an operation to terminate the reverse support control (YES in step S105).
  • the articulated vehicle 10 in order to reverse the trailer 12 to the right while the tractor 11 and the trailer 12 are connected, the articulated vehicle 10 needs to steer the front wheels 11F of the tractor 11 to the left. be.
  • the articulated vehicle 10 needs to steer the front wheels 11F in a direction opposite to the direction in which the tractor 11 as a single vehicle to which the trailer 12 is not connected is reversed.
  • the attitude angular velocity ⁇ 1 ( ⁇ ) of the tractor 11, that is, the direction of the yaw rate is counterclockwise.
  • the counterclockwise direction refers to the direction in which the body of the tractor 11 rotates to the left.
  • the attitude angular velocity ⁇ 2 ( ⁇ ) of the trailer 12 is the clockwise direction.
  • the clockwise direction refers to the direction in which the vehicle body of the trailer 12 rotates to the right.
  • the direction of the yaw rate of the trailer 12 is opposite to the steering direction of the front wheels 11F of the tractor 11 .
  • the virtual front wheels of the trailer 12 should be steered to the right.
  • the attitude angular velocity ⁇ 2 ( ⁇ ) of the trailer 12 that is, the direction of the yaw rate is the clockwise direction.
  • the direction of the yaw rate of the trailer 12 is the same as the steering direction of the virtual front wheels of the trailer 12 . That is, when the trailer 12 is regarded as a single vehicle having virtual front wheels, the trailer 12 as a single vehicle moves in the same manner as, for example, an ordinary passenger car.
  • the operator designates the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 through the operation of the input device 41 in the same way that the steering angle of the front wheels is designated by steering the steering wheel in an ordinary passenger car. It can be driven like a passenger car.
  • the vehicle body length of the trailer 12 is adjusted. Regardless, reverse movement of trailer 12 is adequately assisted.
  • the steady-state deviation is approximately " 0 " regardless of the error rate of the virtual wheelbase l2 of the trailer 12.
  • the steady-state deviation here is the difference between the target virtual steering angle ⁇ 2 * , which is the internal target value of the reverse control device 42 , and the virtual steering angle ⁇ 2 , which is the internal control amount of the reverse control device 42 .
  • the front wheels 11F of the tractor 11 are adjusted so that the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 matches the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • the steering angle ⁇ 1 is controlled.
  • the body length of the trailer 12 is necessarily longer as the virtual wheelbase l2 is longer. Also, the body length of the trailer 12 necessarily becomes shorter as the virtual wheelbase l2 becomes shorter. Thus, the virtual wheelbase l2 of the trailer 12 is also a value that reflects the vehicle body length of the trailer 12 . Therefore, from the graph of FIG. 11, regardless of the length of the vehicle body of the trailer 12 connected to the tractor 11, the front wheels of the tractor 11 are adjusted such that the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 matches the target virtual steering angle ⁇ 2 * . It can be read that the steering angle ⁇ 1 of 11F is controlled. It is assumed that various types of trailers 12 having different vehicle body lengths are connected to the tractor 11 . In this regard, whether the trailer 12 having a longer vehicle body length or the trailer 12 having a shorter vehicle body length is coupled to the tractor 11, the backward motion of the trailer 12 is appropriately assisted.
  • the steady state error decreases exponentially as the error rate of the wheelbase l1 of the tractor 11 increases. Also, the steady - state error gradually increases as the error rate of the distance h1 between the rear wheel 11R of the tractor 11 and the hitch point C1 increases.
  • the coupled vehicle system has one feedback loop in which the state ( ⁇ 1 , ⁇ , V) of the plant P to be controlled is fed back to the reverse controller 42 .
  • the virtual steering angle ⁇ 2 is the internal target value of the reverse controller 42 .
  • the virtual steering angle ⁇ 2 is an internal controlled variable of the reverse control device 42 .
  • the reverse control device 42 uses nonlinear model predictive control to calculate the target steering angle ⁇ 1 * .
  • the followability of the virtual steering angle ⁇ 2 with respect to the target virtual steering angle ⁇ 2 * is weighted by a weighting matrix Q.
  • the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F of the tractor 11 which is the operation amount, is also weighted by the weighting matrix R.
  • FIG. By tuning these weighting matrices Q and R, the deviation of the virtual steering angle ⁇ 2 from the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12, that is, the error, is suppressed, and the computation of an excessive target steering angle ⁇ 1 * is suppressed . It is possible.
  • At least one of the followability of the virtual steering angle ⁇ 2 to the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 and the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F, which is one of the state quantities of the tractor 11, is given the above weight .
  • the state quantity of the tractor 11 to be weighted is not limited to the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F. At least one of the steering angle ⁇ 1 of the tractor 11, the steering angular velocity of the tractor 11, the yaw rate of the tractor 11, and the curvature of the movement trajectory of the tractor 11 may be weighted. In this way, an effect equivalent to the case where the weighting target is the steering angle ⁇ 1 can be obtained. For example, sudden changes in behavior of the tractor 11 can be suppressed.
  • the movements of the tractor 11 and the trailer 12 are handled within the range of kinematics. Kinematics ignores things like tire slip.
  • tractor 11 may move in a turning radius unintended by the operator due to, for example, tire slip of front wheels 11F and rear wheels 11R or suspension geometry.
  • Suspension geometry refers to the geometric shape or arrangement of suspension components.
  • the reverse control device 42 in order to ensure the followability of the virtual steering angle ⁇ 2 to the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • the reverse control device 42 has a tractor state quantity control section 42C in addition to the aforementioned setting section 42A and control section 42B.
  • the tractor state quantity controller 42C corresponds to the second controller.
  • the control unit 42B corresponding to the first control unit and the tractor state quantity control unit 42C corresponding to the second control unit may constitute a single control unit including these functions.
  • the control unit 42B sets the target yaw rate of the tractor 11 based on the target virtual steering angle ⁇ 2 * set by the setting unit 42A and the hitch angle ⁇ , the vehicle speed V, and the steering angle ⁇ 1 detected through various sensors of the measuring device 50. Compute YR * .
  • measuring device 50 includes a yaw rate sensor that detects the yaw rate of tractor 11 .
  • the yaw rate of the tractor 11 is one of the state quantities of the tractor 11 .
  • the setting unit 42A sets the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 based on the electric signal S1 generated by the input device 41, that is, the operation amount or the operation position with reference to the reference position of the dial 41A.
  • the control unit 42B calculates the target yaw rate YR * of the tractor 11 so that the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 converges to the target virtual steering angle ⁇ 2 * . That is, the control unit 42B calculates the target yaw rate YR * of the tractor 11 by performing feedback control of the virtual steering angle ⁇ 2 so that the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 matches the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • the target yaw rate YR * is a state quantity that reflects the turning state of the tractor 11, for example, a target state quantity that is a target value of the yaw rate YR.
  • the tractor state quantity control unit 42C takes in the target yaw rate YR * calculated by the control unit 42B and the yaw rate YR of the tractor 11 detected through the yaw rate sensor of the measuring device 50.
  • FIG. The tractor state quantity control unit 42C calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F of the tractor 11 so that the yaw rate YR of the tractor 11 converges to the target yaw rate YR * .
  • the tractor state quantity control unit 42C calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F of the tractor 11 by performing feedback control of the yaw rate YR so that the yaw rate YR of the tractor 11 matches the target yaw rate YR * .
  • the absolute value of the target steering angle ⁇ 1 * increases as the absolute value of the yaw rate YR decreases with respect to the absolute value of the target yaw rate YR * .
  • the larger the absolute value of the yaw rate YR with respect to the absolute value of the target yaw rate YR * the more the absolute value of the target steering angle ⁇ 1 * decreases.
  • the state quantity of the tractor 11 used for the reverse support control of the articulated vehicle 10 may be any state quantity that reflects the turning state of the tractor 11 .
  • the lateral acceleration of the tractor 11 can be used as the state quantity that reflects the turning state of the tractor 11 .
  • the measuring device 50 has a lateral acceleration sensor as a component.
  • the control unit 42B calculates the target lateral acceleration of the tractor 11 through execution of feedback control of the virtual steering angle ⁇ 2.
  • the tractor state quantity control unit 42C calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F through execution of lateral acceleration feedback control so that the lateral acceleration of the tractor 11 follows the target lateral acceleration.
  • the curvature of the movement trajectory of the tractor 11 is an example of the state quantity that reflects the turning state of the tractor 11 .
  • the curvature of the movement locus of the tractor 11 is obtained from the yaw rate YR and the vehicle speed V, for example.
  • the control unit 42B calculates the target curvature of the movement trajectory of the tractor 11 through execution of feedback control of the virtual steering angle ⁇ 2.
  • the tractor state quantity control unit 42C calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F through execution of curvature feedback control so that the curvature of the movement locus of the tractor 11 follows the target curvature.
  • the tractor 11 is, for example, a four-wheel drive vehicle with the front wheels 11F as the main drive wheels and the rear wheels 11R as the auxiliary drive wheels
  • the tractor 11 is provided with a control function for further improving its running performance.
  • This control function includes, for example, a first control function that controls the driving force of the left and right wheels, or a second control function that controls the braking force of the left and right wheels.
  • the first control function is to adjust the yaw moment of the tractor 11 by changing the distribution ratio of the driving force to the left and right driving wheels, that is, the inner driving wheel and the outer driving wheel, according to the turning state of the tractor 11 .
  • a function that controls The second control function controls the yaw moment of the tractor 11 by changing the distribution ratio of the braking force to the left and right wheels, that is, the wheel on the inner side of the turn and the wheel on the outer side of the turn, according to the turning state of the tractor 11. function.
  • the distribution ratio of the driving force and the distribution ratio of the braking force can be regarded as state quantities reflecting the turning state of the tractor 11 .
  • the control unit 42B may execute the reverse support control of the articulated vehicle 10 using the distribution ratio of the driving force to the left and right driving wheels. At this time, the control unit 42B calculates the target distribution ratio of the driving force to the left and right driving wheels through execution of the feedback control of the virtual steering angle ⁇ 2 .
  • the tractor state quantity control unit 42C calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F through feedback control of the distribution ratio so that the distribution ratio of the driving force to the left and right driving wheels follows the target distribution ratio.
  • the control unit 42B may execute the reverse support control of the articulated vehicle 10 using the distribution ratio of the braking force to the left and right wheels. At this time, the control unit 42B calculates the target distribution ratio of the braking force to the left and right wheels through execution of the feedback control of the virtual steering angle ⁇ 2 .
  • the tractor state quantity control unit 42C calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F through feedback control of the distribution ratio so that the distribution ratio of the braking force to the left and right wheels follows the target distribution ratio.
  • the control unit 42B calculates the target state quantity of the tractor 11 through execution of feedback control of the virtual steering angle ⁇ 2.
  • a target state quantity is a target value for a specific state quantity that reflects the turning state of the tractor 11 .
  • the tractor state quantity control unit 42C calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F through the execution of feedback control of a specific state quantity.
  • the motion of the tractor 11 can be brought closer to a motion model in which tire slip and the like are ignored, that is, a geometric model.
  • an appropriate state quantity can be selected according to the specifications of the tractor 11 and the like.
  • the specific state quantity is, for example, the yaw rate YR of the tractor 11, the lateral acceleration, the distribution ratio of the driving force to the left and right driving wheels, or the distribution ratio of the braking force to the left and right wheels.
  • a reverse control device for a connected vehicle is embodied.
  • This embodiment basically has the same configuration as the first embodiment shown in FIGS. 1 to 11 described above.
  • This embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the reverse control device 42 . Therefore, the same members and configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the reverse control device 42 has a target trajectory generation section 42D and a trajectory following control section 42E in addition to the above control section 42B.
  • the previous setting section 42A is omitted.
  • the target trajectory generator 42D takes in the target position PS * of the trailer 12 specified by the operator.
  • the target position PS * is the position to which the operator wishes the trailer 12 to move.
  • the operator designates a target position PS * to which the trailer 12 is to be moved while watching a top view, which is an image from directly above the articulated vehicle 10 displayed on the screen 21 of the display device 20, for example.
  • the operator designates the target position PS * of the trailer 12 through a touch operation on the screen 21 of the display device 20 .
  • the operator may specify the target position PS * of the trailer 12 by operating the input device 41 while looking at the top view of the articulated vehicle 10 displayed on the screen 21 of the display device 20 .
  • the target trajectory generator 42D recognizes the free space SP in which the trailer 12 can travel through the free space recognition device 53.
  • Free space recognition device 53 includes, for example, a plurality of cameras provided on tractor 11 and trailer 12 .
  • the free space recognition device 53 captures images of the surroundings of the tractor 11 and the trailer 12, that is, the surroundings of the articulated vehicle 10 using a plurality of cameras.
  • the target trajectory generator 42D acquires the position PS indicating the current position of the trailer 12 through the GPS sensor provided as a component of the measuring device 50.
  • the GPS sensor receives positioning signals from artificial satellites for GPS (Global Positioning System).
  • the GPS sensor detects the position PS of the trailer 12 based on the received positioning signals.
  • the detected location information includes, for example, latitude, longitude and altitude.
  • the target trajectory generator 42D calculates the position of the trailer 12 based on the target position PS * of the trailer 12 specified by the operator, the free space SP recognized by the free space recognition device 53, and the position PS of the trailer 12 at which the reversal is started. Generate a target trajectory OB.
  • Target trajectory OB is an ideal route from position PS of trailer 12 to target position PS * .
  • the target trajectory generator 42D generates the target trajectory OB of the trailer 12 so that the trailer 12 does not collide with an obstacle or the like and the jackknife phenomenon does not occur.
  • the jackknife phenomenon refers to a phenomenon in which the hitch angle ⁇ increases at the hitch point C1, which is the connecting portion between the tractor 11 and the trailer 12, when the articulated vehicle 10 is reversed.
  • the target trajectory generator 42D may generate the target trajectory OB of the trailer 12 based only on the target position PS * of the trailer 12 and the position PS of the trailer 12 without considering the free space SP.
  • the trajectory tracking control unit 42E takes in the target trajectory OB of the trailer 12 generated by the target trajectory generation unit 42D and the position PS of the trailer 12 detected through the GPS sensor of the measuring device 50.
  • the trajectory following control unit 42E calculates a target virtual steering angle ⁇ 2 * for the trailer 12 to travel along the target trajectory OB based on the position PS of the trailer 12 at which reversing is started.
  • the control unit 42B controls the front wheels of the tractor 11 based on the target virtual steering angle ⁇ 2 * set by the track following control unit 42E, the hitch angle ⁇ detected through the measuring device 50, the vehicle speed V, and the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F.
  • a target steering angle ⁇ 1 * for 11F is calculated.
  • the control unit 42B calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F so that the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 converges to the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • control unit 42B calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F by performing feedback control of the virtual steering angle ⁇ 2 in order to match the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 with the target virtual steering angle ⁇ 2 * . do.
  • the trailer 12 can travel along the target track OB. becomes. That is, the steering wheel is automatically controlled toward the target position PS * of the trailer 12 designated by the operator. Therefore, the operator can concentrate on operating the accelerator and the brake. The operator can move the trailer 12 to the target position PS * while adjusting the reverse speed of the vehicle combination 10 by operating the accelerator and the brake.
  • the reverse control device 42 may automatically control the operation of the accelerator, the brake and the shift range through another vehicle control device. In this way, it becomes possible to construct an automatic reversing system for the trailer 12 .
  • the operator After specifying the target position PS * of the trailer 12, the operator can complete the backward operation of the trailer 12 only by touching the support start button 21A displayed on the screen 21 of the display device 20.
  • FIG. Various vehicle control devices including the steering control device 30D automatically control the steering wheel, accelerator, brake and shift range. As a result, the trailer 12 smoothly moves to the target position PS * . However, the shift range may be switched by the operator.
  • the trailer 12 can be regarded as a single vehicle having virtual front wheels. Taking advantage of this feature, an automatic reverse system for the articulated vehicle 10 can be constructed. For example, considering that the internal control amount of the control unit 42B is the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 , it is possible to apply the existing automatic parking control for ordinary passenger cars to the automatic reverse control of the trailer 12. . Therefore, it is not necessary to newly develop control for causing the trailer 12 to follow the target trajectory OB.
  • FIGS. 1 to 11 a reverse control device for a connected vehicle is embodied.
  • This embodiment basically has the same configuration as the first embodiment shown in FIGS. 1 to 11 described above.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that the tractor 11 has an automatic parking function. Therefore, the same members and configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the feedback control system of the articulated vehicle 10 has a reverse control device 42 and a plant P to be controlled. Further, the feedback control system of the articulated vehicle 10 has a determination section 61 , a tractor detection section 62 , a trailer detection section 63 , a first switching section 64 , a parking control section 65 and a second switching section 66 .
  • the parking control unit 65 is a higher control device for the reverse control device 42 .
  • the determination unit 61 determines whether the trailer 12 is connected to the tractor 11 .
  • the determination unit 61 determines whether the trailer 12 is coupled to the tractor 11 based on the detection result of a sensor that detects the coupling of the trailer 12 to the tractor 11, for example.
  • the determination unit 61 sets the value of the flag FG to "1".
  • the determination unit 61 sets the value of the flag FG to "0".
  • the tractor detection unit 62 detects the peripheral information of the tractor 11 and the state quantity of the tractor 11 .
  • the tractor detection unit 62 includes a camera, radar, and the like for detecting peripheral information of the tractor 11 . Also, the tractor detection unit 62 includes various sensors for detecting state quantities of the tractor 11 .
  • the tractor detection unit 62 generates an electric signal ST1 including the detected peripheral information of the tractor 11 and the state quantity of the tractor 11 .
  • the trailer detection unit 63 detects the peripheral information of the trailer 12 and the state quantity of the trailer 12 .
  • Trailer detection unit 63 includes a camera, radar, and the like for detecting peripheral information of trailer 12 . Further, the trailer detection unit 63 includes various sensors for detecting state quantities of the trailer 12 .
  • the trailer detection unit 63 generates an electric signal ST2 including the detected peripheral information of the trailer 12 and the state quantity of the trailer 12 .
  • the first switching section 64 switches the electrical signal supplied to the parking control section 65 according to the value of the flag FG set by the determination section 61 .
  • the first switching unit 64 outputs the electric signal ST1 generated by the tractor detection unit 62 to the parking control unit 65 when the value of the flag FG is "0", that is, when the trailer 12 is not connected to the tractor 11. supply.
  • the first switching unit 64 transmits the electric signal ST2 generated by the trailer detection unit 63 to the parking control unit 65. supply.
  • the parking control unit 65 calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F of the tractor 11 in a manner corresponding to the value of the flag FG set by the determination unit 61 when the automatic parking function is turned on.
  • the parking control unit 65 controls the parking space designated by the operator and the position of the tractor 11 detected through the GPS sensor.
  • the target trajectory of the tractor 11 is generated.
  • the target trajectory is an ideal route from the current position of the tractor 11 to the target parking space.
  • the parking control unit 65 generates the target trajectory of the tractor 11 so that the tractor 11 does not collide with an obstacle or the like.
  • the parking control unit 65 calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F for the tractor 11 to travel along the target trajectory.
  • the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F calculated at this time is a signal related to the tractor 11 .
  • the function of the parking control unit 65 that calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F is 1 calculation function.
  • the parking control unit 65 regards the trailer 12 as a virtual single vehicle having front wheels and determines the target trajectory of the trailer 12. to generate
  • the parking control unit 65 generates a target trajectory of the trailer 12 as a single vehicle based on a parking space specified by an operator's specific operation and the position of the trailer 12 detected by the GPS sensor.
  • the target trajectory is an ideal route from the current position of the trailer 12 to the target parking space.
  • the parking control unit 65 generates the target trajectory of the trailer 12 so that the trailer 12 does not collide with an obstacle or the like and the jackknifing phenomenon does not occur.
  • the parking control unit 65 Based on the generated target trajectory of the trailer 12 and the current position of the trailer 12, the parking control unit 65 sets the virtual front wheel target steering angle ⁇ 1 for the trailer 12 as a single vehicle to travel along the target trajectory. Calculate * .
  • the target steering angle ⁇ 1 * calculated at this time is equal to the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 .
  • the function of the parking control unit 65 that calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F is 2 calculation function.
  • the reverse control device 42 sets the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F calculated by the parking control unit 65 as the target virtual steering angle ⁇ 2 * .
  • the reverse control device 42 calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F so that the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 converges to the target virtual steering angle ⁇ 2 * . That is, the control unit 42B calculates the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F by performing feedback control of the virtual steering angle ⁇ 2 in order to match the virtual steering angle ⁇ 2 of the trailer 12 with the target virtual steering angle ⁇ 2 * . do.
  • the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F calculated at this time is a signal related to the trailer 12 .
  • the second switching unit 66 switches electrical signals to be supplied to the plant P according to the value of the flag FG set by the determination unit 61 .
  • the second switching unit 66 switches to the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F calculated by the parking control unit 65 when the value of the flag FG is “0”, that is, when the trailer 12 is not coupled to the tractor 11 . is supplied to plant P.
  • the second switching unit 66 switches to the target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F calculated by the reverse control device 42 when the value of the flag FG is "1", that is, when the trailer 12 is connected to the tractor 11. is supplied to plant P.
  • the steering control device 30D controls the operation of the motor 30A so that the steering angle ⁇ 1 of the front wheels 11F detected through the steering angle sensor 30C matches the target steering angle ⁇ 1 * .
  • This allows the tractor 11 to travel along its target trajectory when the trailer 12 is not coupled to the tractor 11 .
  • the tractor 11 automatically moves from its current position to the designated parking space.
  • the trailer 12 can travel along the target track.
  • the trailer 12 automatically moves from its current position to the designated parking space.
  • the signal used for automatic parking is switched between the signal for the tractor 11 and the signal for the trailer 12 depending on whether the trailer 12 is connected to the tractor 11 .
  • the target steering angle ⁇ 1 * of the virtual front wheels of the trailer 12 is calculated by regarding the trailer 12 as a single vehicle having virtual front wheels. That is, the target steering angle ⁇ 1 * is calculated in the same procedure as when the trailer 12 is not connected to the tractor 11 .
  • the target steering angle ⁇ 1 * calculated at this time is equal to the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 .
  • the target steering angle ⁇ 1 * is set as the target virtual steering angle ⁇ 2 * , and in order to realize the set target virtual steering angle ⁇ 2 * A target steering angle ⁇ 1 * of the front wheels 11F is calculated.
  • the trailer 12 can travel along the target trajectory. .
  • existing automatic parking logic can be used to automatically park the trailer 12 .
  • the input device 41 when a steering mechanism that connects the front wheels 11F and the steering wheel in a power-transmissible manner as the steering mechanism of the tractor 11 is adopted, the input device 41 is: The following configuration may be adopted.
  • the input device 41 may employ a configuration having a slider instead of the dial 41A.
  • the reverse controller 42 sets the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 based on the position of the slider.
  • the reverse control device 42 calculates a target virtual steering angle ⁇ 2 * according to the slider position, for example, using a map that defines the relationship between the slider position and the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 .
  • the slider may be a dedicated item for designating the backward direction or the backward route of the connected vehicle 10, or may be a slider for operating other vehicle-mounted equipment.
  • the input device 41 when a steering mechanism that connects the front wheels 11F and the steering wheel in a power-transmissible manner as the steering mechanism of the tractor 11 is adopted, the input device 41 is:
  • the input device 41 may be a display device such as a touch panel provided near the driver's seat inside the vehicle. A picture of a virtual steering wheel is displayed on the screen of this display device.
  • the display device may be the previous display device 20 or may be a separate display device from the display device 20 .
  • the operator designates the reverse direction or reverse route of the combined vehicle 10 through a touch operation or a tracing operation on a virtual steering wheel displayed on the screen of the display device.
  • the reverse control device 42 sets the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 based on the touch position or tracing amount on the virtual steering wheel.
  • a steer-by-wire type steering mechanism that interrupts power transmission between the front wheels 11F and the steering wheel may be employed as the steering mechanism for the tractor 11.
  • FIG. a steering wheel may be used as the input device 41 in the first and second embodiments. This is because the front wheels 11F and the steering wheel can be moved independently of each other.
  • the front wheels 11F of the tractor 11 are steered by driving a steering motor.
  • the function of the steering wheel is switched to that of the input device 41 when the reverse support function of the connected vehicle 10 is switched from off to on.
  • the operator designates the reverse direction or reverse route of the articulated vehicle 10 by operating the steering wheel.
  • the reverse control device 42 sets the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 based on the operating position or operating amount of the steering wheel.
  • a variable gear ratio steering system may be employed as the steering mechanism for the tractor 11 .
  • the variable gear ratio steering system changes the gear ratio, which is the ratio between the steering angle of the steering wheel and the steering angle of the front wheels 11F, by driving a VGR motor provided on the steering shaft for the purpose of improving steering performance.
  • the steering wheel may function as the input device 41 within that range. .
  • the front wheel steering mechanism that connects the front wheels 11F and the steering wheel so as to enable power transmission, and the rear wheels 11R can be steered independently.
  • a steering mechanism having a rear wheel steering mechanism may be employed.
  • a steering wheel may be used as the input device 41 in the first and second embodiments. This is because the steering wheel and the front wheel 11F are connected to each other, but the rear wheel 11R can move freely.
  • the rear wheels 11R are steered by driving a steering motor.
  • the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 specified through operation of the input device 41 may be increased or decreased through operation of buttons for operating existing onboard equipment.
  • the function of the button of the vehicle-mounted device is switched from the function operated by the vehicle-mounted device to the function of designating the reverse direction or the reverse route of the trailer 12.
  • the in-vehicle equipment includes an audio system, a radio, an air conditioner, and the like. The operator can finely adjust the target virtual steering angle ⁇ 2 * of the trailer 12 by operating the buttons of the vehicle-mounted device.
  • the reverse control device 42 may suppress the operator's steering intervention during execution of the reverse support control.
  • the reverse control device 42 detects the steering intervention by the operator based on the steering torque ⁇ str detected by the torque sensor 30B, for example.
  • the reverse control device 42 warns the operator to stop the steering intervention or stop the execution of the reverse support control.
  • the warning is given by, for example, displaying a message on the display device 20 or emitting a sound through a vehicle-mounted speaker.
  • the tractor 11 may have a so-called automatic driving function.
  • the tractor 11 may be configured to be remotely operable.
  • an operator who is remote from the articulated vehicle 10 can operate the articulated vehicle 10 using telecommunication technology.
  • the reverse direction or reverse route of the articulated vehicle 10 is specified through remote control. Remote operation is performed, for example, by operating an operation member of a remote control device.
  • the articulated vehicle 10 may be capable of selectively performing a driving operation inside the vehicle and a remote operation from outside the vehicle.
  • the expression “at least one” means “one or more” of the desired options.
  • the phrase “at least one” as used herein means “only one option” or “both of the two options” if the number of options is two.
  • the expression “at least one” used herein means “only one option” or “any combination of two or more options” if the number of options is three or more. means.

Abstract

後退制御装置（４０）は、操舵輪（１１Ｆ）を有するトラクタ（１１）と、前記トラクタ（１１）によって牽引されるトレーラ（１２）とを有する連結車両（１０）の後退制御を実施する。前記トラクタ（１１）は、前記トラクタ（１１）の操舵輪（１１Ｆ）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（３０Ｄ）を搭載する。前記後退制御装置（４０）は、前記連結車両（１０）の後退操作が行われるとき、仮想操舵角が目標仮想操舵角に追従するように、前記目標操舵角を演算するように構成される制御部（４２Ｂ）を有する。前記仮想操舵角は、前記トレーラ（１１）を単体車両とみなした場合に前記トレーラに仮想的に存在する操舵輪の操舵角であり、前記目標仮想操舵角は、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。

Description

連結車両の後退制御装置、連結車両の後退制御プログラムを記憶したコンピュータ可読媒体、および連結車両の後退制御方法
　本開示は、連結車両の後退制御装置、連結車両の後退制御プログラムを記憶したコンピュータ可読媒体、および連結車両の後退制御方法に関する。
　従来、トラクタとしての車両の後部にトレーラが連結された連結車両が存在する。連結車両の運転は、普通乗用車などの単体車両を運転する場合と比べて難しい。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に対して反対方向へ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とブレーキペダルと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の操舵輪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と、入力デバイスを通じて運転者によって入力されるトレーラ経路の目標曲率と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。
　本開示の一態様は、連結車両の後退制御装置を提供する。前記連結車両は、前記連結車両の進行方向を変える車輪である操舵輪を有するトラクタと、前記トラクタによって牽引されるトレーラと、を有し、前記トラクタは、前記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ように構成される操舵制御装置を搭載する。前記後退制御装置は、前記連結車両の後退操作が行われるとき、仮想操舵角が目標仮想操舵角に追従するように、前記目標操舵角を演算するように構成される制御部を備え、前記仮想操舵角は、前記トレーラを単体車両とみなした場合に前記トレーラに仮想的に存在する操舵輪の操舵角であり、前記目標仮想操舵角は、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。
　本開示の別の態様では、連結車両の後退制御装置によって実行される後退制御プログラムを記憶したコンピュータ可読媒体を提供する。前記連結車両は、前記連結車両の進行方向を変える車輪である操舵輪を有するトラクタと、前記トラクタによって牽引されるトレーラと、を有し、前記トラクタは、前記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ように構成される操舵制御装置を搭載する。前記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、前記後退制御装置に、目標仮想操舵角を設定する第１の処理と、前記第１の処理で設定される前記目標仮想操舵角に仮想操舵角が追従するように前記目標操舵角を演算する第２の処理と、前記第２の処理で演算される前記目標操舵角を前記操舵制御装置へ供給する第３の処理と、を実行させるように構成され、前記仮想操舵角は、前記トレーラを単体車両とみなした場合に前記トレーラに仮想的に存在する操舵輪の操舵角であり、前記目標仮想操舵角は、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。
　本開示の別の態様では、連結車両の後退制御方法を提供する。前記連結車両は、前記連結車両の進行方向を変える車輪である操舵輪を有するトラクタと、前記トラクタによって牽引されるトレーラと、を有し、前記トラクタは、前記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ように構成される操舵制御装置を搭載する。前記後退制御方法は、前記連結車両の後退操作が行われるとき、仮想操舵角が目標仮想操舵角に追従するように、前記目標操舵角を演算することを含み、前記仮想操舵角は、前記トレーラを単体車両とみなした場合に前記トレーラに仮想的に存在する操舵輪の操舵角であり、前記目標仮想操舵角は、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。
第１の実施の形態に係る連結車両の斜視図である。 図１の連結車両に搭載される後退支援装置のブロック図である。 図１の連結車両の運動モデルである。 図１のトレーラの運動モデルである。 図１の連結車両のブロック線図である。 図１の連結車両の制御構成を示すブロック線図である。 図２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である。 図１の連結車両の後退右旋回時の運動モデルである。 図１のトラクタ単体の後退右旋回時の運動モデルである。 図１のトレーラ単体の後退右旋回時の運動モデルである。 図１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である。 第２の実施の形態に係る連結車両の制御構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態に係る連結車両の制御構成を示すブロック図である。 第４の実施の形態に係る連結車両の制御構成を示すブロック図である。
　＜第１の実施の形態＞
　以下、本開示の第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。第１の実施の形態、小型貨物自動車の一種であるピックアップトラックをトラクタ１１の例として挙げる。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は、たとえば、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。第１の実施の形態では、箱型のトレーラ１２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、トラクタ１１の後部に連結されることによって牽引される。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に対して軸線１７を中心として回転可能に連結される。軸線１７は、トラクタ１１の高さ方向に延びる。
　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を搭載している。
　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、減速機構を介して操舵機構に付与されることによって前輪１１Ｆに伝達される。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τｓｔｒ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α１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α１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α１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。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τｓｔｒ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τｓｔｒ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。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α１ ＊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α１を制御する。目標操舵角α１ ＊は、前輪１１Ｆの操舵角α１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α１を目標操舵角α１ ＊に一致させるべく、操舵角α１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α１に基づき、前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊を演算する。目標操舵角α１ ＊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α１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α１ ＊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。
　Ａ３．構成Ａ１，Ａ２の組み合わせ。
　メモリは、コンピュータ、たとえば、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。操作者による後退支援制御の開始操作時、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。操作者による後退支援制御の終了操作時、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α２ ＊を設定する。目標仮想操舵角α２ ＊は、トレーラ１２の仮想操舵角α２の目標値である。仮想操舵角α２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である。設定部４２Ａは、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α２ ＊を演算する。これは、たとえば、メモリに記憶されているマップを用いて、ＣＰＵにより目標仮想操舵角α２ ＊をマップ演算を通じて算出することによって実現できる。このマップは、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α２ ＊との関係を規定する。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α２ ＊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α２ ＊、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α１を取り込む。ヒッチ角βは、トラクタ１１の前後方向である長さ方向に沿って延びる中心軸とトレーラ１２の前後方向である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、トラクタ１１に対するトレーラ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α２ ＊ならびに各種の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α１に基づき、トラクタ１１の前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊を演算する。制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α２が目標仮想操舵角α２ ＊に収束するように、前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊を演算する。制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α２を目標仮想操舵角α２ ＊に一致させるべく、仮想操舵角α２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α１ ＊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。たとえば、等価モデルは、トラクタ１１について、２つの前輪１１Ｆおよび２つの後輪１１Ｒをそれぞれ１つの車輪とみなした２輪モデルを採用できる。また、等価モデルは、トレーラ１２について、車輪１２Ｒを１つの車輪とみなすとともに、後述する仮想的な１つの前輪を有する２輪モデルを採用できる。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。
　Ｃ０　：トラクタ１１の前輪１１Ｆ
　Ｂ１　：トラクタ１１の後輪１１Ｒ
　Ｃ１　：トラクタ１１のヒッチ点（ヒッチボール１４の位置を示す点）
　Ｂ２　：トレーラ１２の車輪１２Ｒ
　Ｖｃ０：トラクタ１１の前輪１１Ｆの速度ベクトル
　ＶＢ１：トラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトル
　Ｖｃ１：トラクタ１１のヒッチ点Ｃ１の速度ベクトル
　ＶＢ２：トレーラ１２の速度ベクトル
　α１　：トラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角
　α２　：トレーラ１２の仮想操舵角
　γ１　：中間変数（トラクタ１１の中心軸とヒッチ点Ｃ１の速度ベクトルＶｃ１とのなす角）
　θ１　：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）
　θ２　：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）
　ｌ１　：トラクタ１１のホイールベース
　ｈ１　：トラクタ１１の後輪１１Ｒとヒッチ点Ｃ１との間の距離
　ｌ２　：トレーラ１２の仮想ホイールベース
　ただし、上記パラメータのそれぞれの符号は、つぎの通りである。すなわち、トラクタ姿勢角θ１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α１および中間変数γ１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Ｖｃ０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Ｃ１の速度ベクトルＶｃ１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Ｃ１の速度ベクトルＶｃ１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Ｃ１の速度ベクトルＶｃ１とトレーラ１２の中心軸とのなす角は「β－γ１」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α２（＝－（β－γ１））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α１およびトラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトルＶＢ１を使用して、トラクタ１１の姿勢角速度θ１（・）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α１およびトラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトルＶＢ１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θ１（・）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θ１（・）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ＶＢ１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α１およびトラクタ１１の後輪１１Ｒの速度ベクトルＶＢ１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α１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α２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ＶＢ１に基づき、トレーラ１２の速度ベクトルＶＢ２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α２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ＶＢ２を使用して、トレーラ１２の姿勢角速度θ２（・）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α２およびトレーラ１２の速度ベクトルＶＢ２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θ２（・）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θ２（・）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、ヒッチ角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α１ ＊の値を決定する。
　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α１ ＊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る。たとえば、モデル予測制御は、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を採用できる。
　モデル予測制御では、制御器である後退制御装置４２の内部メモリに予測モデル、たとえば、制御対象モデルを記憶させることによって、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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　ただし、「β」はヒッチ角、「α１」は前輪１１Ｆの操舵角α１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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　ただし、「α１ｔｇｔ」は、目標操舵角α１ ＊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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　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α１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。「ｌ２」は、トレーラ１２の仮想的な前輪であるヒッチ点Ｃ１と、トレーラ１２の後輪である車輪１２Ｒとの間の距離である。「ｈ１」は、トラクタ１１の後輪１１Ｒとヒッチ点Ｃ１との間の距離である。「ｔ」は、時刻である。「τｓｔｒ」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α１（＝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α１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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  
　ただし、「ｙ」は、制御器である後退制御装置４２の内部的な制御量であって、第１の実施の形態ではトレーラ１２の仮想操舵角α２である。「ａｔａｎ」は、逆正接関数である。「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α１ ＊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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  
　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α１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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
  
　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α２の今回の予測値である。「ｙｒｅｆ」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α２ ＊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α１ ＊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α２の今回の予測値と目標仮想操舵角α２ ＊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α１ ＊の大きさである。「Ｑ」は、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α２ ＊との偏差に対する重み行列である。「Ｒ」は、目標操舵角α１ ＊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α２ ＊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α１ ＊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α１ ＊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α１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α１ ＊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α１ ＊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α１ ＊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。たとえば、後退制御装置４２は、内部メモリ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α２ ＊を設定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、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α２ ＊を設定する。本実施の形態において、ステップＳ１０１の処理は、第１の処理に相当する。
　つぎに、後退制御装置４２は、センサ信号を取得する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において、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α１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α１ ＊を演算する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において、後退制御装置４２は、ステップＳ１０２で取り込んだヒッチ角β、前輪１１Ｆの操舵角α１および車速Ｖに基づきトレーラ１２の仮想操舵角α２を演算する。同ステップにおいて、後退制御装置４２は、演算した仮想操舵角α２が目標仮想操舵角α２ ＊に収束するように、前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊を演算する。本実施の形態において、ステップＳ１０３の処理は、第２の処理に相当する。
　この後、後退制御装置４２は、ステップＳ１０３で演算した前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊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α１を入力された目標操舵角α１ ＊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α２は、目標仮想操舵角α２ ＊に追従する。本実施の形態において、ステップＳ１０４の処理は、第３の処理に相当する。
　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、ステップＳ１０５において、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、連結車両１０は、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。連結車両１０は、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θ１（・）、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θ２（・）、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、連結車両１０は、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θ１（・）、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、連結車両１０は、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θ２（・）、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α２ ＊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α２ ＊に基づきトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α１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ｌ２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α２ ＊と、後退制御装置４２の内部的な制御量である仮想操舵角α２との差である。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ｌ２に関わらず、トレーラ１２の仮想操舵角α２が目標仮想操舵角α２ ＊に一致するようにトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α１が制御されることが分かる。
　トレーラ１２の車体長は、仮想ホイールベースｌ２が長くなるほど必然的により長くなる。また、トレーラ１２の車体長は、仮想ホイールベースｌ２が短くなるほど必然的により短くなる。このように、トレーラ１２の仮想ホイールベースｌ２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α２が目標仮想操舵角α２ ＊に一致するようにトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α１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、定常偏差は、トラクタ１１のホイールベースｌ１の誤差割合が増加するにつれて指数関数的に減少する。また、定常偏差は、トラクタ１１の後輪１１Ｒとヒッチ点Ｃ１との間の距離ｈ１の誤差割合が増加するにつれて徐々に増加する。
　＜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α２ ＊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（α１，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α２ ＊に対する仮想操舵角α２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α２は、後退制御装置４２の内部的な目標値である。仮想操舵角α２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α１ ＊を演算する。目標仮想操舵角α２ ＊に対する仮想操舵角α２の追従性には、重み行列Ｑによって重みが持たせられる。また、操作量であるトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α１にも、重み行列Ｒによって重みが持たせられる。これら重み行列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α２ ＊に対する仮想操舵角α２の偏差、すなわち誤差を抑制しつつ、過大な目標操舵角α１ ＊が演算されることを抑えることが可能である。
　ちなみに、上記重みは、トレーラ１２の目標仮想操舵角α２ ＊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α１のうち少なくとも１つに持たせるようにすればよい。このようにすれば、トレーラ１２の目標仮想操舵角α２ ＊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α１ ＊が演算されることを抑えることのうち少なくとも１つの効果が得られる。
　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α１に限らない。トラクタ１１の操舵角α１、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α１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。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α２ ＊に対する仮想操舵角α２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の制御部に相当する制御部４２Ｂと第２の制御部に相当するトラクタ状態量制御部４２Ｃとは、これらの機能を含んだ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α２ ＊ならびに計測装置５０の各種の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α１に基づき、トラクタ１１の目標ヨーレートＹＲ＊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α２ ＊を設定する。
　制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α２が目標仮想操舵角α２ ＊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α２を目標仮想操舵角α２ ＊に一致させるべく、仮想操舵角α２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、たとえば、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α１ ＊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α１ ＊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α１ ＊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α１ ＊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は、構成要素として横加速度センサを有する。制御部４２Ｂは、仮想操舵角α２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α１ ＊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α２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α１ ＊を演算する。
　また、トラクタ１１がたとえば前輪１１Ｆを主駆動輪とし且つ後輪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、制御部４２Ｂは、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α２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α１ ＊を演算する。
　トラクタ１１が第２の制御機能を有する場合、制御部４２Ｂは、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α２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α１ ＊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α２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α１ ＊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、すなわち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α２ ＊に対する仮想操舵角α２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の真上からの映像であるトップビューを見ながらトレーラ１２を移動させたい目標位置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、たとえば、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の周囲の映像を複数のカメラによって撮影する。
　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の現在の位置を示す位置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との連結部分であるヒッチ点Ｃ１において、ヒッチ角βが大きくなる現象をいう。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α２ ＊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α２ ＊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α１に基づき、トラクタ１１の前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊を演算する。制御部４２Ｂは、トレーラ１２の仮想操舵角α２が目標仮想操舵角α２ ＊に収束するように、前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊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α２を目標仮想操舵角α２ ＊に一致させるべく、仮想操舵角α２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α１ ＊を演算する。
　このように演算される目標操舵角α１ ＊に対してトラクタ１１の前輪１１Ｆの操舵角α１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、アクセルとブレーキとの操作に専念することができる。操作者は、アクセルとブレーキと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。これにより、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α１が自動的に制御される。このため、操作者は、アクセルとブレーキとの操作に専念することができる。操作者は、アクセルとブレーキと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α２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の値に応じた態様で、トラクタ１１の前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊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、生成したトラクタ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α１ ＊を演算する。このとき演算される前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊は、トラクタ１１に関する信号である。このように、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、前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊を演算する駐車制御部６５の機能は、第１の演算機能に相当する。
　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α１ ＊を演算する。このとき演算される目標操舵角α１ ＊は、トレーラ１２の目標仮想操舵角α２ ＊と等しい。このように、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、前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊を演算する駐車制御部６５の機能は、第２の演算機能に相当する。
　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α１ ＊を目標仮想操舵角α２ ＊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α２が目標仮想操舵角α２ ＊に収束するように、前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊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α２を目標仮想操舵角α２ ＊に一致させるべく、仮想操舵角α２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α１ ＊を演算する。このとき演算される前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊は、トレーラ１２に関する信号である。
　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α１ ＊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α１ ＊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α１を目標操舵角α１ ＊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α１ ＊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α１ ＊が演算される。このとき演算される目標操舵角α１ ＊は、トレーラ１２の目標仮想操舵角α２ ＊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α１ ＊が目標仮想操舵角α２ ＊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α２ ＊を実現するための前輪１１Ｆの目標操舵角α１ ＊が演算される。前輪１１Ｆの操舵角α１が目標操舵角α１ ＊に追従するように、操舵角α１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）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。各実施の形態および以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
　・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は、つぎの構成を採用してもよい。たとえば、入力装置４１は、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α２ ＊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α２ ＊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α２ ＊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は、つぎの構成を採用してもよい。たとえば、入力装置４１は、車室内の運転席の近傍に設けられたタッチパネルなどの表示装置であってもよい。この表示装置の画面には仮想的なステアリングホイールの図柄が表示される。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α２ ＊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を採用してもよい。たとえば、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。たとえば、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α２ ＊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を採用してもよい。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。たとえば、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を採用してもよい。たとえば、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α２ ＊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てもよい。たとえば、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α２ ＊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τｓｔｒ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。
　・第１～第４の実施の形態において、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。たとえば、トラクタ１１を遠隔から運転操作可能に構成してもよい。これにより、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。
　・本明細書において使用される「少なくとも１つ」という表現は、所望の選択肢の「１つ以上」を意味する。一例として、本明細書において使用される「少なくとも１つ」という表現は、選択肢の数が２つであれば「１つの選択肢のみ」または「２つの選択肢の双方」を意味する。他の例として、本明細書において使用される「少なくとも１つ」という表現は、選択肢の数が３つ以上であれば「１つの選択肢のみ」または「２つ以上の任意の選択肢の組み合わせ」を意味する。

Claims (9)

  1. 　連結車両の後退制御装置であって、前記連結車両は、前記連結車両の進行方向を変える車輪である操舵輪を有するトラクタと、前記トラクタによって牽引されるトレーラと、を有し、
    　前記トラクタは、前記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ように構成される操舵制御装置を搭載し、
    　前記後退制御装置は、前記連結車両の後退操作が行われるとき、仮想操舵角が目標仮想操舵角に追従するように、前記目標操舵角を演算するように構成される制御部を備え、
    　前記仮想操舵角は、前記トレーラを単体車両とみなした場合に前記トレーラに仮想的に存在する操舵輪の操舵角であり、
    　前記目標仮想操舵角は、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連結車両の後退制御装置。
  2. 　前記トラクタは、操作者が操作可能な操作部材を有し、
    　前記特定の操作は前記操作部材の操作であって、
    　前記後退制御装置は、前記操作部材の操作量あるいは操作位置に基づき前記目標仮想操舵角を設定するように構成される設定部を有し、
    　前記制御部は、前記設定部により設定される前記目標仮想操舵角に前記仮想操舵角が追従するように、前記目標操舵角を演算するように構成される請求項１に記載の連結車両の後退制御装置。
  3. 　前記制御部は、
    　　前記仮想操舵角を前記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ように構成される第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、前記目標操舵角を演算するように構成される第２の制御部と、を有している請求項１に記載の連結車両の後退制御装置。
  4. 　前記トラクタは、前記トレーラの現在の位置を検出するセンサを有し、
    　前記後退制御装置は、
    　　前記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目標軌道を生成するように構成され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に沿って走行するための前記目標仮想操舵角を演算するように構成される軌道追従制御部と、を有し、
    　前記制御部は、前記仮想操舵角が前記目標仮想操舵角に追従するように、前記目標操舵角を演算するように構成される請求項１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ように構成され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を走行させ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を走行させ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、前記目標操舵角を前記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仮想操舵角が追従するように前記目標操舵角を演算するように構成され、
    　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目標操舵角を演算する処理と、
    　　前記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つに重みを持たせる処理と、を実行するように構成される請求項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. 　前記制御部の処理を通じて重みが持たせられる前記状態量は、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. 　連結車両の後退制御装置によって実行される後退制御プログラムを記憶したコンピュータ可読媒体であって、前記連結車両は、前記連結車両の進行方向を変える車輪である操舵輪を有するトラクタと、前記トラクタによって牽引されるトレーラと、を有し、前記トラクタは、前記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ように構成される操舵制御装置を搭載し、前記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、前記後退制御装置に、
    　目標仮想操舵角を設定する第１の処理と、
    　前記第１の処理で設定される前記目標仮想操舵角に仮想操舵角が追従するように前記目標操舵角を演算する第２の処理と、
    　前記第２の処理で演算される前記目標操舵角を前記操舵制御装置へ供給する第３の処理と、を実行させるように構成され、
    　前記仮想操舵角は、前記トレーラを単体車両とみなした場合に前記トレーラに仮想的に存在する操舵輪の操舵角であり、
    　前記目標仮想操舵角は、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コンピュータ可読媒体。
  9. 　連結車両の後退制御方法であって、前記連結車両は、前記連結車両の進行方向を変える車輪である操舵輪を有するトラクタと、前記トラクタによって牽引されるトレーラと、を有し、前記トラクタは、前記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ように構成される操舵制御装置を搭載し、前記後退制御方法は、
    　前記連結車両の後退操作が行われるとき、仮想操舵角が目標仮想操舵角に追従するように、前記目標操舵角を演算することを含み、
    　前記仮想操舵角は、前記トレーラを単体車両とみなした場合に前記トレーラに仮想的に存在する操舵輪の操舵角であり、
    　前記目標仮想操舵角は、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連結車両の後退制御方法。
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