대한민국 육군 K808 백호 차륜형장갑차 런플랫(Run-Flat) 타이어 피탄 감압 시 편심 동역학 보정 및 1,000Hz 0-Alloc C# 차동 토크 림 보호 제어 엔진

3. 1,000Hz 0-Alloc C# K808 런플랫 차동 토크 및 림 보호 제어 엔진

GC 압박이 전무한 `ref struct`와 고성능 인라인 연산을 기반으로 8륜 독립 토크 제어 지령을 산출하는 고신뢰성 제어 엔진 코드입니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

public ref struct K808RunflatTorqueEngine
{
    private readonly float _nominalRadiusM;
    private readonly float _rimRadiusM;
    private readonly float _trackWidthM;
    private readonly float _yawGainKp;
    private readonly float _yawGainKd;

    [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
    public K808RunflatTorqueEngine(
        float nominalRadiusM = 0.58f,
        float rimRadiusM = 0.35f,
        float trackWidthM = 2.15f,
        float kp = 4500.0f,
        float kd = 850.0f)
    {
        _nominalRadiusM = nominalRadiusM;
        _rimRadiusM = rimRadiusM;
        _trackWidthM = trackWidthM;
        _yawGainKp = kp;
        _yawGainKd = kd;
    }

    [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
    public void ComputeTorqueDistribution(
        ReadOnlySpan tirePressuresBar,
        ReadOnlySpan wheelSpeedsRadPerSec,
        float steeringAngleRad,
        float vehicleSpeedMps,
        float currentYawRateRadPerSec,
        float targetYawRateRadPerSec,
        float demandedTotalTorqueNm,
        Span allocatedTorquesNm,
        out int puncturedWheelIndex,
        out bool rimProtectionActive)
    {
        puncturedWheelIndex = -1;
        rimProtectionActive = false;
        float minPressure = float.MaxValue;

        // 8륜 공기압 스캔 및 피탄 휠 판정 (1.5 bar 이하 피탄 기준)
        for (int i = 0; i < 8; i++)
        {
            float p = tirePressuresBar[i];
            if (p < minPressure)
            {
                minPressure = p;
                if (p < 1.5f)
                {
                    puncturedWheelIndex = i;
                }
            }
        }

        // 요 오차 및 요구 복원 모멘트 산출
        float yawError = currentYawRateRadPerSec - targetYawRateRadPerSec;
        float requiredYawMomentNm = -(_yawGainKp * yawError);

        float baseTorquePerWheel = demandedTotalTorqueNm / 8.0f;

        if (puncturedWheelIndex >= 0)
        {
            rimProtectionActive = true;
            // 피탄 차륜의 토크 제한 (과열 및 림 이탈 방지: 구동 토크 85% 차단)
            float healthyWheelCount = 7.0f;
            float divertedTorque = baseTorquePerWheel * 0.85f;
            float additionalTorquePerHealthy = divertedTorque / healthyWheelCount;

            for (int i = 0; i < 8; i++)
            {
                if (i == puncturedWheelIndex)
                {
                    allocatedTorquesNm[i] = baseTorquePerWheel * 0.15f;
                }
                else
                {
                    allocatedTorquesNm[i] = baseTorquePerWheel + additionalTorquePerHealthy;
                }

                // 좌우 궤적 편향 토크 벡터링 보정 (우측 휠: 0,2,4,6 / 좌측 휠: 1,3,5,7)
                bool isLeftWheel = (i % 2 == 1);
                float momentArm = _trackWidthM * 0.5f;
                float deltaForce = requiredYawMomentNm / (_trackWidthM * 4.0f);
                float deltaTorque = deltaForce * _nominalRadiusM;

                if (isLeftWheel)
                {
                    allocatedTorquesNm[i] -= deltaTorque;
                }
                else
                {
                    allocatedTorquesNm[i] += deltaTorque;
                }

                allocatedTorquesNm[i] = MathF.Max(allocatedTorquesNm[i], 0.0f);
            }
        }
        else
        {
            // 정상 주행 균등 분배
            for (int i = 0; i < 8; i++)
            {
                allocatedTorquesNm[i] = baseTorquePerWheel;
            }
        }
    }
}