YAMAHA CITY-X の改造：序 ～基本の仕組みと効果の予測～

電動アシスト自転車(特にYAMAHA CITY-X)の仕組みを調査して、どう改造すれば、どう効果がでそうなのか検討してみる。

道交法のアシスト基準について

2008年12月1日の道交法改正で、人力：アシストの比率が、最大で1：1から1：2まで引き上げられて、より実用的な基準になった。

詳しく書くと、人力を 1 としたときのアシストは下記が上限。

• 10km/h未満 → 2
• 10km/h以上 → 2 -  ( 速度 - 10 ) / 7

グラフにすると↓のように、10km/hからアシストを弱め、24km/h を超えるとアシストが0になるようにしなければならない。

但し、これは法的上限。各車種によってこの範囲内で特性が違ってくる。

CITY-Xのアシスト制御

現行のCITY-X 等のYAMAHAの電動アシスト自転車では、トリプルセンサーを採用している。

• 前輪のスピードセンサー
• トルクセンサー
• クランク回転センサー

で、この3つのセンサーと、内装3段変速(inter3)を利用した「S.P.E.C.3」という機構でCITY-Xのアシストは制御されているが、速度制限に影響するのは、前輪のスピードセンサー。

このセンサーでタイヤが何回転しているかを検出し、20inchタイヤであることを前提に車速の理論値(a)は計算される。
但し、この車速の理論値(a)はアシスト比を直接決定していない。
前輪のスピードセンサーはギアのポジションを認識するだけで、実際には モーター回転数 x ギア比 で計算される車速(b) からアシスト比は決定されるようだ。※注：要検証

1. 前輪の回転数とタイヤサイズから車速の理論値を計算  … (a)
2. 前輪の回転数と、モーター回転数の比率から、現在のギアを検出
3. 2で検出したギアと、モーターの回転数から、車速の理論値を計算 …(b) 
4. (b)を元にアシスト比を算出

※ グラフを見る限り、ギアが低いとアシスト範囲が小さいのが気になった。。が、後で解決。

他に情報がないので、このグラフを正としてこのあと検討。とりあえずExcel化。
※ アシストを感じるラインは比率でいいかもだけど、ラクに乗れるラインは別で、右肩上がりになる気がする。となると、単純にMaxアシストをどの速度まで出せるかが重要かも。別途修正予定。

改造効果のシミュレーション

CITY-Xに使われている内装3段変速「inter3」のギア比を調べると下記。

• 1速 0.733 （11/15）
• 2速 1.00 （直結）
• 3速 1.36 （15/11）

そのため、

前輪スピードセンサーの認識を半減させた場合、、

3速走行時でも1速と認識されたまま( 1.36/2=0.68 < 0.733(1速) )。
但し、実際の車速(x)は、1速と3速の比率 1.36 / 0.733 = 1.86 倍になる。

  実車速(x) = モーター回転による車速認識(b) x 1.86

ギアが低いとアシスト範囲が小さいのが気になってたが、スピードセンサーの速度認識を半減させれば、全域で効果が出る。
16km/h以降でアシストが落ちてくる勾配が急にはなるが、Maxアシスト領域が広がってるのでプラスか。

さらにリアスプロケット16T→14Tにした場合

• 3速走行時、2速と認識( 1.36/2 x 1.143 = 0.777 ≒ 1(1速) ) 
• 実速度(x)はモーター回転による認識速度(b)の1.143 倍( = 16/14 )
• 2速と3速の比率 1.36 が前輪センサーとの認識倍率

さらにアシストギア9T→11Tにした場合、、

• 3速走行時、2速と認識( 1.36/2 x 1.397 = 0.94 ≒ 1(2速) ) ★1速認識かもしれない。
• 実速度(x)はモーター回転による認識速度(b)の1.397 倍( = 16/14 x 11/9 )
• 2速と3速の比率 1.36 が前輪センサーとの認識倍率

★ 1速と認識されるか、2速と認識されるかでちょっと差が出るけど、30km/hあたりまでアシストを感じられるし、こんなもんでよいかと。

• 1速と認識→ Max23km/h 認識30km/h 36km/hまで
• 2速と認識→ Max21km/h 認識29km/h 36km/hまで

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