自動運転を支える？クローズドループ制御とは
車を知りたい
先生、「クローズドループ制御」って、自動的に判断して制御してくれるんですよね？具体的にどういうことですか？
自動車研究家
そうだね。自動車で例えると、エアコンの温度設定が分かりやすいかな。例えば、温度を25度に設定したとしよう。
車を知りたい
はい！
自動車研究家
クローズドループ制御では、車の温度センサーで室温を測り続けて、25度より暑ければ冷房を強くしたり、寒ければ弱くしたりして自動的に温度を調整してくれるんだ。これが制御結果を次の制御に反映させるということだよ。
クローズドループ制御とは。
自動車用語の「クローズドループ制御」とは、制御の結果を自動的に評価し、その情報に基づいて次の制御を調整する仕組みのことです。例えば、エンジンの燃焼に必要な空気と燃料の比率（空燃比）を理想的な状態に保つ場合を考えてみましょう。クローズドループ制御では、現在の空燃比が薄すぎると判断すれば燃料を増やして濃くし、逆に濃すぎると判断すれば燃料を減らして薄くします。このように、常に目標値とのずれを修正することで、最適な状態を維持します。同様の制御は点火時期にも適用され、ノッキング発生の直前に点火タイミングを調整する際などにも用いられます。一方、制御結果を次の制御に反映させない方式は「オープンループ制御」と呼ばれます。
クローズドループ制御の仕組み
– クローズドループ制御の仕組み
クローズドループ制御とは、目標値と実際の状態を常に比較し、その差（偏差）に基づいてシステムを調整する制御方式です。身近な例では、エアコンの温度調節が挙げられます。エアコンの場合、設定温度と室温との偏差を測り、その差をなくすように自動で冷風や温風の強さを調整します。
自動運転においても、このクローズドループ制御が重要な役割を担っています。例えば、車両の速度制御について考えてみましょう。目標速度と実際の速度の偏差を検知し、その差を縮めるようにアクセルやブレーキを自動制御することで、車両は常に目標速度を維持しようとします。
このように、クローズドループ制御は目標値と実際の状態を常にフィードバックしながらシステムを調整するため、高い精度と安定性を実現できるというメリットがあります。自動運転のように複雑なシステムにおいて、安全かつ正確な動作を実現するために欠かせない技術と言えるでしょう。
自動車における具体例：空燃比制御
自動運転システムにおいて、車両の挙動を精密に制御することは極めて重要です。この精度の高い制御を実現する上で欠かせないのが、「クローズドループ制御」という概念です。
クローズドループ制御とは、目標値と実際の値のズレを常に監視し、そのズレをなくすように自動的に調整を行う制御方式を指します。身近な例では、エアコンの温度設定が挙げられます。設定温度と室温との差をセンサーが検知し、その差がなくなるようにエアコンの運転を調整することで、快適な室温を保つことができます。
自動車においても、クローズドループ制御は様々な場面で活躍しています。その代表例が、「空燃比制御」です。
自動車のエンジンは、ガソリンと空気の混合気を燃焼させることで動力を得ています。この際、最も効率良く燃焼させるためには、ガソリンと空気の比率(空燃比)を一定に保つ必要があります。そこで、排気ガス中の酸素濃度をセンサーで測定し、実際の空燃比を常時監視します。そして、目標とする空燃比からのズレが大きい場合には、エンジンに噴射する燃料の量をコンピュータが自動的に調整することで、常に最適な空燃比を維持しているのです。
このように、クローズドループ制御は目標値と実際値のズレを修正しながら動作することで、高い精度と安定性を実現しています。自動運転においても、車両の速度や位置を正確に制御するために、このクローズドループ制御が重要な役割を担っています。
自動車における具体例：点火時期制御
自動運転システムにおいて、車両の挙動を精密に制御することは極めて重要です。この精密な制御を実現する上で欠かせない技術の一つが、「クローズドループ制御」です。クローズドループ制御とは、目標値と実際の出力値との差（偏差）を常に監視し、その偏差を基に自動的に修正を加えることで、目標値に近づける制御方式を指します。
自動車におけるクローズドループ制御の具体例として、エンジンの点火時期制御が挙げられます。エンジンの燃焼効率を最適化し、燃費や排気ガス性能を向上させるためには、燃料に点火するタイミングを非常に精密に制御する必要があります。しかし、エンジンの回転数や負荷、外気温などの様々な要因によって最適な点火時期は変化します。そこで、クローズドループ制御を用いることで、これらの変化を常に検出し、点火時期を自動的に調整することで、常に最適なエンジン性能を維持することが可能となります。
オープンループ制御との違い
自動運転の技術として頻繁に耳にする「クローズドループ制御」。しかし、オープンループ制御との違いを明確に理解している人は少ないのではないでしょうか。
オープンループ制御は、あらかじめ設定された通りの動作を行います。例えば、部屋の温度を25度に設定するエアコンの場合、設定温度に到達するまで単純に冷風を出し続けます。これは、外気温や部屋の状況を考慮していないため、無駄が生じる可能性があります。
一方、クローズドループ制御は、目標値と現状との差を常に監視し、その差を埋めるように動作を調整します。自動運転で例えると、周囲の状況（他の車や歩行者、信号など）をセンサーで検知し、状況に応じて速度やハンドル操作を自動で調整します。このように、クローズドループ制御は、外部環境の変化に対応できるため、より精密で効率的な制御が可能となります。
自動運転技術への応用
– 自動運転技術への応用
自動運転は、まさにクローズドループ制御の概念が活かされている分野と言えるでしょう。車両に搭載されたセンサーが周囲の環境（道路状況、他の車両や歩行者、信号など）を常に監視し、その情報を基にシステムが車両の速度やハンドル操作を制御します。
例えば、前方に障害物を検知した場合、システムはブレーキをかける、あるいはハンドルを切って回避するといった制御を行います。この時、システムは単に事前にプログラムされた動作をするのではなく、リアルタイムに得られるセンサー情報と目標状態（障害物を回避する、車線を維持するなど）を照らし合わせ、状況に応じた最適な制御を行います。
このように、クローズドループ制御によって、自動運転車は複雑な環境変化にも柔軟に対応し、安全かつ効率的な運転を実現しようとしています。