대한민국 육군 K808 백호 8×8 전자식 조향(SbW) 역위상 크랩 기동 및 1,000Hz 0-Alloc C# 최소회전반경 제어 엔진

1. 8×8 다축 다륜 아커만(Ackermann) 조향 기하학 모델

축간 거리 $L_1, L_2, L_3$, 윤거 $W$, 목표 회전 반경 $R$에 따른 각 축 내·외측 타각 $\delta_{ij}$:

후륜 4축 역위상 조향 타각 $\delta_4$ 인가 시 차체 회전 중심(Instantaneous Center of Rotation, ICR)의 전후방 이동 및 회전 반경 $R_{\text{min}}$ 축소 관계:

2. 고속 전복 방지(Anti-Rollover) 횡가속도 보정식

차속 $v$, 차체 질량중심 높이 $h_{\text{cg}}$, 윤거 $W$, 임계 횡가속도 $a_{y,\text{limit}} = g \frac{W}{2 h_{\text{cg}}}$에 대한 서보 조향각 제한 함수:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# 전자식 조향(SbW) 제어 엔진

운전자 스티어링 휠 입력과 IMU 센서를 1밀리초 주기로 분석하여 각 축별 유압 서보 액추에이터로 정밀 타각을 분배하는 C# 엔진입니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.MultiAxleSteering
{
    public enum SteeringMode : byte
    {
        StandardFrontOnly = 0, // 전륜 1·2축 기본 조향
        CounterPhaseMinRadius = 1, // 전·후륜 역위상 최소회전반경 모드
        CrabParallelMove = 2    // 동위상 크랩 평행 기동 모드
    }

    /// 

    /// 차륜형장갑차 주행 센서 텔레메트리 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct MultiAxleSteerTelemetry
    {
        public readonly float DriverSteerAngleDeg;     // 조향 핸들 입력각 (-540 ~ +540도)
        public readonly float VehicleSpeedKph;         // 주행 속도 (km/h)
        public readonly float YawRateDegPs;            // 요 각속도 (deg/s)
        public readonly float LateralAccelG;           // 횡가속도 (G)
        public readonly SteeringMode Mode;             // 현재 선택된 조향 모드

        public MultiAxleSteerTelemetry(
            float steer, float speed, float yawRate, float latAccel, SteeringMode mode)
        {
            DriverSteerAngleDeg = steer;
            VehicleSpeedKph = speed;
            YawRateDegPs = yawRate;
            LateralAccelG = latAccel;
            Mode = mode;
        }
    }

    /// 

    /// 각 축별 독립 타각 서보 지령 출력
    /// 
    public readonly ref struct SteerServoOutput
    {
        public readonly float Axle1SteerAngleDeg;      // 1축 조향 타각
        public readonly float Axle2SteerAngleDeg;      // 2축 조향 타각
        public readonly float Axle4SteerAngleDeg;      // 4축 조향 타각 (역위상/동위상)
        public readonly float TurningRadiusM;          // 계산된 순시 회전반경 (m)
        public readonly bool IsRolloverIntervention;   // 전복 방지 보정 개입 여부

        public SteerServoOutput(float a1, float a2, float a4, float radius, bool intervene)
        {
            Axle1SteerAngleDeg = a1;
            Axle2SteerAngleDeg = a2;
            Axle4SteerAngleDeg = a4;
            TurningRadiusM = radius;
            IsRolloverIntervention = intervene;
        }
    }

    /// 

    /// K808 1,000Hz 0-Alloc C# 전자식 다축 조향 엔진
    /// 
    public static class SteerByWireCrabEngine
    {
        private const float MaxAxleSteerDeg = 35.0f;
        private const float RollLimitG = 0.45f;        // 20톤 차륜형 장갑차 전복 한계치

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static SteerServoOutput ComputeSteering(
            in MultiAxleSteerTelemetry telemetry)
        {
            // 1. 조향각 환산 (기어비 18:1)
            float baseTargetDeg = Math.Clamp(telemetry.DriverSteerAngleDeg / 18.0f, -MaxAxleSteerDeg, MaxAxleSteerDeg);

            // 2. 고속 주행 시 전복 방지 감쇠
            bool intervention = false;
            if (telemetry.VehicleSpeedKph > 40.0f && MathF.Abs(telemetry.LateralAccelG) > RollLimitG)
            {
                float reductionFactor = RollLimitG / (MathF.Abs(telemetry.LateralAccelG) + 0.05f);
                baseTargetDeg *= reductionFactor;
                intervention = true;
            }

            float a1 = baseTargetDeg;
            float a2 = baseTargetDeg * 0.72f; // 아커만 비율
            float a4 = 0.0f;
            float radius = 25.0f;

            switch (telemetry.Mode)
            {
                case SteeringMode.CounterPhaseMinRadius:
                    // 저속(30km/h 이하)에서 4축을 반대 방향으로 최대 18도 조향
                    if (telemetry.VehicleSpeedKph <= 30.0f)
                    {
                        a4 = -baseTargetDeg * 0.58f;
                        radius = MathF.Abs(baseTargetDeg) > 1.0f ? (7.4f / (MathF.Tan(MathF.Abs(a1) * (MathF.PI / 180f)) + MathF.Tan(MathF.Abs(a4) * (MathF.PI / 180f)))) : 999.0f;
                    }
                    break;

                case SteeringMode.CrabParallelMove:
                    // 전륜과 후륜이 동일 각도로 틀어져 차선 평행 이동
                    if (telemetry.VehicleSpeedKph <= 25.0f)
                    {
                        a4 = a1;
                        radius = 999.0f; // 평행이동
                    }
                    break;

                case SteeringMode.StandardFrontOnly:
                default:
                    a4 = 0.0f;
                    radius = MathF.Abs(baseTargetDeg) > 1.0f ? (7.4f / MathF.Tan(MathF.Abs(a1) * (MathF.PI / 180f))) : 999.0f;
                    break;
            }

            return new SteerServoOutput(a1, a2, a4, radius, intervention);
        }
    }
}

4. 도심 협소 도로 및 야지 기동 시험 데이터