대한민국 육군 K2 흑표 전차 1,500마력 복합 파워팩 유압 토크컨버터 록업(Lock-Up) 슬립 제어 & 야지 급기동 1,000Hz 0-Alloc C# 구동 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;

namespace ZeliDesk.Defense.ArmoredPowerpack
{
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 16)]
    public struct PowerpackState
    {
        public Vector256<float> DrivetrainTelemetry; // [engineRpm, turbineRpm, slipRpm, lockupPressureBar, ...]
        public float EngineTorqueNm;                // 엔진 출력 토크 (Nm)
        public float OutputShaftTorqueNm;           // 변속기 터빈 출력 토크 (Nm)
        public float PowerTransmissionEfficiency;   // 동력 전달 효율 (0.0 ~ 1.0)
        public bool IsFullLockupEngaged;            // 직결 록업 완료 판정
    }

    public sealed class K2PowerpackControlEngine
    {
        private const float MaxEngineTorqueNm = 5000.0f; // 1,500마력 엔진 최대 토크
        private const float StallTorqueRatio = 2.25f;    // 정지 시 토크 증대비
        private const float CouplingSpeedRatio = 0.85f;  // 유체 커플링 전이 속도비

        private PowerpackState _state;

        public K2PowerpackControlEngine()
        {
            _state.DrivetrainTelemetry = Vector256.Create(800.0f, 0.0f, 800.0f, 0.0f, 0, 0, 0, 0);
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public ref readonly PowerpackState StepPowerpackDynamics(
            float throttleInput, float vehicleSpeedKph, float roadResistanceSlopeDeg, float dt)
        {
            Span<float> tele = stackalloc float[8];
            _state.DrivetrainTelemetry.CopyTo(tele);

            float engineRpm = tele[0];
            float turbineRpm = tele[1];

            // 1. 가속 페달 입력 및 부하에 따른 디젤 엔진 토크 계산
            float targetRpm = 800.0f + throttleInput * 1800.0f; // 800 ~ 2,600 RPM
            engineRpm += (targetRpm - engineRpm) * 6.5f * dt;
            float engineTorque = MathF.Min(MaxEngineTorqueNm, throttleInput * MaxEngineTorqueNm * (1.0f - MathF.Abs(engineRpm - 1800.0f) * 0.00025f));
            _state.EngineTorqueNm = engineTorque;

            // 2. 토크컨버터 속도비 및 유압 토크 증대 계산
            float speedRatio = Math.Clamp(turbineRpm / MathF.Max(engineRpm, 1.0f), 0.0f, 0.99f);
            float torqueRatio = (speedRatio < CouplingSpeedRatio)
                ? (StallTorqueRatio - (StallTorqueRatio - 1.0f) * (speedRatio / CouplingSpeedRatio))
                : 1.0f;

            // 3. 록업(Lock-Up) 클러치 슬립 제어 (차속 15km/h 이상 시 가동)
            float lockupPressureBar = 0.0f;
            bool isLocked = false;
            float efficiency = 0.0f;

            if (vehicleSpeedKph > 15.0f)
            {
                float slipRpm = engineRpm - turbineRpm;
                // 미세 슬립 20 RPM 추종 PID 제어
                lockupPressureBar = Math.Clamp(tele[3] + (slipRpm - 20.0f) * 0.45f * dt, 0.0f, 25.0f);
                if (slipRpm <= 25.0f && lockupPressureBar > 18.0f)
                {
                    isLocked = true;
                    turbineRpm = engineRpm; // 완전 직결
                    efficiency = 0.985f;
                }
                else
                {
                    efficiency = 0.88f + speedRatio * 0.08f;
                }
            }
            else
            {
                // 저속 발진 영역: 유압 토크컨버터 증대 모드
                efficiency = 0.75f + speedRatio * 0.12f;
                lockupPressureBar = 0.0f;
            }

            // 4. 차량 주행 저항에 따른 터빈 회전수 전파
            float loadTorque = 1200.0f + vehicleSpeedKph * 35.0f + roadResistanceSlopeDeg * 180.0f;
            float turbineTorque = isLocked ? engineTorque : (engineTorque * torqueRatio);
            turbineRpm += ((turbineTorque - loadTorque) / 4.2f) * dt;
            turbineRpm = Math.Clamp(turbineRpm, 0.0f, 2600.0f);

            _state.OutputShaftTorqueNm = turbineTorque;
            _state.PowerTransmissionEfficiency = efficiency;
            _state.IsFullLockupEngaged = isLocked;

            _state.DrivetrainTelemetry = Vector256.Create(
                engineRpm, turbineRpm, MathF.Abs(engineRpm - turbineRpm), lockupPressureBar, 0, 0, 0, 0);

            return ref _state;
        }
    }
}