[0001] 本公开涉及连结车辆的控制装置、连结车辆的控制方法、以及连结车辆的控制程序。

[0002] 以往，存在作为牵引车的车辆连结有拖车的连结车辆。而且，在专利文献1中提出一种控制装置，对连结车辆的后退操作进行辅助。该控制装置在驾驶员使用加速踏板以及制动踏板来控制车辆的后退速度时，自动地转向操纵连结车辆，以使拖车沿着由驾驶员指定的基准路径移动。

[0003] 专利文献1：美国专利第9592851号说明书

[0004] 然而，连结车辆的驾驶基本上是通过对牵引车的转向角进行操作而进行的。然而，在拖车的行进方向与上述转向角之间存在显著的非线形性。因此，在进行拖车的行进方向的控制的情况下，该控制器的设计会伴有困难。

[0013] 以下，参照附图对一个实施方式进行说明。

[0014] “连结车辆的结构”

[0015] 如图1所示，连结车辆10具有牵引车20以及拖车30。在图1中，作为牵引车20，例示是小型货物汽车中的一种的皮卡车。牵引车20具备前轮22以及后轮24。前轮22包含右前轮以及左前轮这两轮，后轮24包含右后轮以及左后轮的两轮。另外，在图1中，作为拖车30，例示箱型的拖车。拖车30具有车轮32。车轮32包含右车轮以及左车轮这两轮。

[0016] 拖车30经由球窝接头40与牵引车20的后部连结。球窝接头40是将拖车30以轴42为中心以能够旋转的方式连结于牵引车20的部件。轴42沿着牵引车20的高度方向延伸。

[0017] 在图2中表示牵引车20所具备的部件的一部分。如图2所示，牵引车20具备控制装置50。控制装置50为了控制作为控制对象的连结车辆10的控制量，对转向系统60、驱动系统62、以及制动系统64进行操作。控制量是车速、行驶方向、以及牵引角等。牵引角是牵引车20的前后方向与拖车30的前后方向所成的角度。

[0018] 转向系统60包含使转向轮转向的转向致动器。转向轮例如是图1所示的前轮22。此外，在转向系统60中也可以包含对转向致动器进行操作的转向控制装置。在该情况下，“控制装置50对转向系统60进行操作”意味着控制装置50向转向控制装置输出指令信号。

[0019] 驱动系统62包含作为车辆的推力生成装置的内燃机以及旋转电机这两个中的至少一个。此外，在驱动系统62中，也可以包含将内燃机以及旋转电机作为控制对象的驱动控制装置。在该情况下，“控制装置50对驱动系统62进行操作”意味着控制装置50向驱动控制装置输出指令信号。

[0020] 制动系统64包含通过摩擦力而使车轮的旋转减速的装置与通过将车轮的动力转换为电能而使车轮的旋转减速的装置这两个中的至少一个。此外，通过转换为电能而使车轮的旋转减速的装置也可以与驱动系统的旋转电机共享。此外，在制动系统64中，也可以包含将使车轮的旋转减速的装置作为控制对象的制动控制装置。在该情况下，“控制装置50对制动系统62进行操作”意味着控制装置50向制动控制装置输出指令信号。

[0021] 控制装置50为了控制控制量，而参照由舵角传感器70检测的转向轮的转向角α1。转向角α1是右旋转以及左旋转中的任一方的符号为正、另一方的符号为负的值。转向角α1为轮胎的切角。此外，例如在转向系统60具备齿轮齿条机构的情况下，也可以将舵角传感器
70作为检测小齿轮角的传感器。但是，在该情况下，控制装置50执行将小齿轮角转换为轮胎的切角的处理。以下，为了便于说明，即使轮胎的切角是通过上述转换的处理而得到的，也将轮胎的切角视为舵角传感器70的检测值。

[0022] 另外，控制装置50参照由牵引角传感器72检测的牵引角β。牵引角β根据从牵引车20的后方向前方前进的方向与从拖车30的后方向前方前进的方向所成的角度，能够采取正、负双方符号。例如，也可以将相对于从牵引车20的后方向前方前进的方向，从拖车30的后方向前方前进的方向向逆时针偏移小于180°的情况下的牵引角β的符号设为正。另外，控制装置50参照由车轮速度传感器74检测的车轮速度ωw1～ωw4。车轮速度ωw1、ωw2分别是右侧的前轮22的旋转速度、以及左侧的前轮22的旋转速度。车轮速度ωw3、ωw4分别是右侧的后轮24的旋转速度、以及左侧的后轮24的旋转速度。

[0023] 控制装置50根据用户界面80的操作状态来设定控制量的控制。用户界面80用于将选择是手动转向操纵连结车辆10还是自动转向操纵连结车辆10这两个中的任一个等用户的意思传递到控制装置50。

[0024] 控制装置50具备PU52以及存储装置54。PU52是具备CPU、GPU、以及TPU等中的至少一个的软件处理装置。在存储装置54存储有后退辅助程序54a。

[0025] 后退辅助程序54a规定执行后退辅助处理的指令。后退辅助处理是在辅助连结车辆10的后退的基础上PU52应该执行的处理。后退辅助处理是自动进行牵引车20的转向操纵的处理。但是，在后退辅助处理中，制动操作、加速操作委托给驾驶员。另外，在后退辅助处理中，包含接受拖车30的转向操纵的请求的处理。而且，在后退辅助处理中，控制牵引车20的转向角以满足拖车30的转向操纵的请求。

[0026] 这里，拖车30的转向操纵的请求经由用户界面80由驾驶员输入。转向操纵的请求通过指示拖车30的虚拟转向操纵角α2来传递。虚拟转向操纵角α2是表示牵引车20与拖车30的连接点处的行进方向的变量。换言之，虚拟转向操纵角α2是指将拖车30从牵引车20虚拟地分离而视为具有虚拟的前轮的单体车辆时的虚拟的前轮的转向角。虚拟转向操纵角α2的指示例如也可以通过在用户界面80设置与虚拟转向操纵角α2具有正的相关的拨盘来实现。这里，拨盘的旋转角与虚拟转向操纵角α2并非必须处于比例关系。此外，以下，将由驾驶员指示的虚拟转向操纵角α2称为目标虚拟转向操纵角α2＊。

[0027] “后退辅助处理”

[0028] 在图3中表示与后退辅助处理相关的处理的顺序。图3所示的处理是通过由PU52例如以规定周期反复执行后退辅助程序54a而实现的。此外，以下，通过对开头赋予了“S”的数字来表达各处理的步骤编号。

[0029] 在图3所示的一系列的处理中，首先，PU52判定是否是后退辅助模式(S10)。PU52在判定为后退辅助模式的情况下(S10：是)，获取输入到用户界面80的目标虚拟转向操纵角α2＊(S12)。接着，PU52获取由舵角传感器70检测出的转向角α1(S14)。另外，PU52获取由牵引角传感器72检测出的牵引角β(S16)。另外，PU52获取车速VB1(S17)。由PU52根据车轮速度ωw3、ωw4来计算车速VB1。车速VB1例如也可以是车轮速度ωw3、ωw4的简单平均值。

[0030] 而且，PU72将车速VB1、转向角α1以及牵引角β作为输入，对虚拟转向操纵角α2进行映射运算(S18)。在本实施方式中，作为一例，通过球窝接头40的行进方向相对于拖车30的前后方向所成的角度，对虚拟转向操纵角α2进行定义。这里，基于图4，对根据转向角α1以及牵引角β来计算虚拟转向操纵角α2的理由进行说明。

[0031] 图4表示在本实施方式中使用的连结车辆10的模型。图4所示的模型将牵引车20的一对前轮22视为一个前轮C0，并且将牵引车20的一对后轮24视为一个后轮B1。即，牵引车20采用两轮模型。另外，将拖车30的一对车轮32视为一个车轮B2。由前轮C0以及联结点C1确定的线与由联结点C1以及车轮B2确定的线所成的角为牵引角β。联结点C1相当于图1的轴42部分。另外，前轮C0的速度即前轮速度VC0表示为向转向角α1的方向前进的矢量。转向角α1被量化为前轮C0的前进方向与由前轮C0以及联结点C1确定的线所成的角度。车速VB1的方向与由前轮C0以及联结点C1确定的线平行。另外，车速VB1的方向与图4的x方向所成的角为角度θ1。另外，将车轮B2和联结点C1连结的线与x方向所成的角为角度θ2。另外，定义前轮C0以及后轮B1间的距离l1、后轮B1以及联结点C1间的距离h1、联结点C1以及车轮B2间的距离l2。

[0032] 根据上述的定义，联结点C1的速度VC1的方向相对于从车轮B向联结点C1前进的方向为虚拟转向操纵角α2。若使用联结点C1的速度VC1的方向相对于从联结点C1向前轮C0前进的方向所成的角度γ1，则虚拟转向操纵角α2为“‑(β‑γ1)”。

[0033] 在图4所示的模型中，若使用前轮C0的坐标(xc0，yc0)、后轮B1的坐标(xb1，yb1)以及联结点C1的坐标(xc1，yc1)，则以下的式(c1)～(c3)成立。

[0034] VC0·cosα1＝VB1…(c1)

[0035] xc0＝xb1+l1·cosθ1…(c2)

[0036] xc1＝xb1+h1·cosθ1…(c3)

[0037] 若使用对上述的式(c2)、(c3)的两边进行微分而得的式子以及式(c1)，则得到以下的式(c4)。

[0038] h1·tanα1+l1·tanγ1＝0…(c4)

[0039] 根据上述的式(c4)，角度γ1能够由转向角α1表达。因此，虚拟转向操纵角α2由以下的式(c5)表达。

[0040] α2＝‑β‑arctan{(h1/l1)·tan(α1)}…(c5)

[0041] 即，虚拟转向操纵角α2能够根据牵引角β以及转向角α1求出。

[0042] 详细地说，PU52在S18的处理中，使用图2所示的映射数据54b，对虚拟转向操纵角α2进行映射运算。映射数据54b存储于存储装置54。映射数据54b将牵引角β以及转向角α1作为输入变量，并且将虚拟转向操纵角α2作为输出变量。

[0043] 这里，映射数据是指输入变量的离散的值和与输入变量的值分别对应的输出变量的值的组数据。另外，映射运算只要是在输入变量的值与映射数据的输入变量的值中的任一个一致的情况下，将对应的映射数据的输出变量的值作为运算结果的处理即可。另外，映射运算只要是在输入变量的值与映射数据的输入变量的值中的任一个都不一致情况下，将通过映射数据中包含的多个输出变量的值的插补而得到的值作为运算结果的处理即可。另外，也可以取而代之，映射运算也可以为在输入变量的值与映射数据的输入变量的值中的任一个都不一致的情况下，将与映射数据中包含的多个输入变量的值中的最接近的值对应的映射数据的输出变量的值作为运算结果的处理。

[0044] 此外，S18的处理视为基于牵引角β，将转向角α1转换为虚拟转向操纵角α2的处理。

[0045] 接下来，PU52对基于将虚拟转向操纵角α2作为控制量且将目标虚拟转向操纵角α2＊作为控制量的目标值的反馈控制的操作量v进行计算(S20)。在本实施方式中，作为反馈控制器，例示比例控制器。即，PU52将使从目标虚拟转向操纵角α2＊减去虚拟转向操纵角α2而得的值乘以比例增益Kp而得的值代入操作量v。

[0046] 而且，PU72根据车速VB1、牵引角β以及转向角α1，将操作量v转换为目标转向角α1＊(S22)。这里，关于该转换处理，进行详述。

[0047] 牵引角β的1阶的时间微分在上述模型中由以下的式(c6)表达。

[0048] dβ/dt＝

[0049] (VB1/l2)·sinβ

[0050] +{VB1/(l1/l2)}·{l2+h2·cosβ}·tanα1

[0051] …(c6)

[0052] 另外，关于转向角α1的1阶的时间微分，使用时间常数τ来假定“(α1＊‑α1)·τ”。

[0053] 在该情况下，若对上述的式(c5)的两边进行微分，则得到以下的式(c7)。

[0054] [数学式1]

[0055]

[0056] 在上述的式子中，若将虚拟转向操纵角α2的时间微分值设为“v”，利用牵引角β、转向角α1以及“v”来表达目标转向角α1＊，则成为以下的式(c8)。

[0057] [数学式2]

[0058]

[0059] 根据上述的式子(c8)，可知能够使用车速VB1、转向角α1以及牵引角β，将“v”转换为目标转向角α1＊。

[0060] 在S22的处理中，根据上述(c8)的坐标转换而将操作量v转换为目标转向角α1＊。具体而言，PU52使用图2所示的映射数据54b对目标转向角α1＊进行映射运算。在映射数据
54b中，操作量v、车速VB1、牵引角β以及转向角α1是输入变量且目标转向角α1＊是输出变量。

[0061] 而且，PU52为了控制转向轮的转向角，而将操作信号MS输出到转向系统60，以使转向角α1追随目标转向角α1＊(S24)。

[0062] 此外，PU52在完成S24的处理的情况下，暂时结束图3所示的一系列的处理。

[0063] 这里，对本实施方式的作用以及效果进行说明。

[0064] 如上所述，在将虚拟转向操纵角α2的1阶的时间微分值设为“v”的情况下，“v”的时间积分值为虚拟转向操纵角α2。即，在“v”与虚拟转向操纵角α2中，简单的线性的关系成立。

[0065] 因此，通过利用基于上述的式(c5)以及式(c8)的坐标转换，而假定将输入作为“v”且将虚拟转向操纵角α2作为输出的虚拟的设备。

[0066] 图5中表示连结车辆10即实际的设备90和上述虚拟的设备92。

[0067] 从上述的式(c5)可知，实际的设备90在转向角α1与虚拟转向操纵角α2之间不具有1对1的对应关系。因此，在S20的处理中，将以目标虚拟转向操纵角α2＊与虚拟转向操纵角α
2之差为输入而计算的操作量作为目标转向角α1＊的情况下，计算操作量的控制器的设计变得困难。

[0068] 与此相对，在本实施方式中，如图5所示，包含由上述的式(c8)表达的坐标转换M14以及由上述的式(c5)表达的坐标转换M16而构成虚拟的设备92。在该情况下，操作量v与虚拟转向操纵角α2的关系成为简单的线性关系。因此，能够简易地设计控制器M12，该控制器M12将通过偏差计算处理M10计算出的目标虚拟转向操纵角α2＊与虚拟转向操纵角α2的差作为输入而计算操作量v。即，在本实施方式中，控制器M12归结为固定值即比例增益Kp的设计。

[0069] 根据上述实施方式，进一步起到以下的作用效果。

[0070] (1)PU52根据车速VB1，将操作量v转换为目标转向角α1＊。换言之，PU52根据牵引车20的车速，将操作量v转换为作为目标转向角变量的值的目标转向角α1＊。

[0071] 实际的设备的特性依赖于车速。与此相对，PU52考虑车速而将操作量转换为目标转向角α1＊，因此能够抑制虚拟的设备的车速依赖性。因此，能够抑制反馈处理的控制精度依赖于车速。

[0072] (2)PU52使用映射数据54b对目标转向角α1＊进行映射运算。在利用数学式表达使用牵引角β、以及转向角α1将操作量v转换为目标转向角α1＊的处理的情况下，所表达的数学式复杂。因此，在将S22的处理作为数学式的运算处理的情况下，对于控制装置50的规格的要求容易变高。与此相对，在本实施方式中，通过使用映射数据54b，能够抑制针对控制装置的规格的要求变高。

[0073] (3)PU52根据驾驶员对用户界面80的输入操作而获取到目标虚拟转向操纵角α2＊。这样，由驾驶员确定目标虚拟转向操纵角α2＊，因此与由控制装置50确定的情况进行比较，能够减少针对控制装置50的要求。

[0074] ＜其他的实施方式＞

[0075] 此外，本实施方式能够像以下那样变更而实施。本实施方式以及以下的变更例能够在技术上不矛盾的范围内相互组合地实施。

[0076] “关于虚拟转向操纵角变量计算处理”

[0077] 在上述实施方式中，将转向角α1以及牵引角β作为输入而计算虚拟转向操纵角α2，但不限于此。例如，作为转向角变量的值，也可以取代转向角α1，使用目标转向角α1＊。另外，作为牵引角变量的值，不限于最新的牵引角β的取样值。例如，也可以使用根据通过前次的S14、S16的处理而获取到的转向角α1以及牵引角β而预测的牵引角的推断值。

[0078] 对虚拟转向操纵角α2进行映射运算并非是必须的。例如也可以使用上述的式(c5)来计算。

[0079] “关于目标转向角变量计算处理”

[0080] 在上述实施方式中，PU52将操作量v、车速VB1、转向角α1以及牵引角β作为输入而计算目标转向角α1＊，但不限于此。例如，作为转向角变量的值，取代转向角α1，PU52也可以使用通过前次的S22的处理而计算出的目标转向角α1＊。另外，作为牵引角变量的值，不限于最新的牵引角β的取样值。例如，PU52也可以使用根据通过前次的S14、S16的处理而获取到的转向角α以及牵引角β而预测的牵引角的推断值。另外，例如，在像后退辅助处理那样，车速VB1能够采取的值在某程度上有限的情况下，也可以取代将车速VB1作为基于传感器的检测值，而为预先设定的固定值。即，将车速VB1作为目标转向角变量计算处理的输入并不是必须的。

[0081] 通过PU52对目标转向角α1＊进行映射运算并不是必须的。例如也可以由PU52使用上述的式(c8)而计算目标转向角α1＊。

[0082] “关于操作量计算处理”

[0083] 操作量计算处理并非必须是将以目标虚拟转向操纵角α2＊与虚拟转向操纵角α2之差为输入的比例要素的输出值作为操作量v的处理。操作量计算处理例如也可以是将以该差为输入的比例要素的输出值与积分要素的输出值之和作为操作量v的处理。另外，例如，操作量计算处理也可以是将以该差为输入的比例要素的输出值与微分要素的输出值之和作为操作量v的处理。另外，例如，操作量计算处理也可以是将以该差为输入的比例要素的输出值与以该差为输入的积分要素的输出值与微分要素的输出值之和作为操作量v的处理。

[0084] “关于后退辅助处理”

[0085] 后退辅助处理并非必须是将加速操作、以及制动操作委托给驾驶员的处理。例如，也可以将后退辅助处理作为自动进行牵引车20的速度控制的处理。

[0086] “关于反馈处理、操作处理”

[0087] 反馈处理并非必须在后退辅助处理中执行。例如也可以是，在由控制装置50设定目标虚拟转向操纵角α2＊的自动转向操纵处理中，通过控制装置50执行上述反馈处理以及操作处理。另外，自动转向操纵处理并非必须是使连结车辆10后退时的处理。即，也可以是，在使连结车辆前进时的自动转向操纵处理中，通过控制装置50执行上述反馈处理以及操作处理。

[0088] “关于输入变量”

[0089] 上述各处理的输入变量不限于牵引角β、转向角α1等。例如，也可以取代转向角α1，将上述的小齿轮角本身作为输入变量。

[0090] “关于控制装置”

[0091] 作为控制装置，具备PU52和存储装置54，不限于执行软件处理。例如，也可以具备对在上述实施方式中执行的各种处理的至少一部分进行硬件处理的例如ASIC等专用的硬件电路。即，控制装置只要是以下的(a)～(c)中的任一结构即可。(a)一种处理电路，具备根据程序而执行上述处理的全部的处理装置以及存储程序的存储装置等程序储存装置。(b)一种处理电路，具备根据程序而执行上述处理的一部分的处理装置以及程序储存装置、以及执行剩余的处理的专用的硬件电路。(c)一种处理电路，具备执行上述处理的全部的专用的硬件电路。这里，具备处理装置以及程序储存装置的软件执行装置、专用的硬件电路也可以是多个。

[0092] “关于计算机”

[0093] 作为执行后退辅助程序54a等控制程序的计算机不限于搭载于连结车辆10的计算机。例如，也可以通过搭载于连结车辆10的上述PU52和驾驶员的移动终端双方而构成该计算机。在该情况下，例如也可以由移动终端执行S18～S22的处理。

[0094] “关于车辆”

[0095] 作为连结车辆，不限于图1中例示的车辆。