대한민국 육군 K808 개량형 HEV 장갑차 8륜 독립 인휠모터 토크 벡터링 및 회생제동 1,000Hz 0-Alloc C# 구동제어 엔진

제1장: 8륜 독립 구동 기구학 및 직접 요 모멘트(DYC) 제어 모델

차폭 $W$, 각 차축 중심 간 거리 $L_i$인 8x8 장갑차의 목표 구동력 $F_{x,\text{total}}$과 요구 선회 요 모멘트 $M_{z,\text{cmd}}$를 8개 인휠모터 구동력($F_{x1} \sim F_{x8}$)으로 분배하는 행렬식은 다음과 같습니다:

제2장: 타이어 미끄럼률(Slip Ratio) 최적화 및 회생제동 에너지 회수

차체 속도 $v_x$와 휠 회전 각속도 $\omega_i$로부터 정의되는 종방향 미끄럼률 $\lambda_i$와 제동 시 회생 에너지 회수 효율 $\eta_{\text{regen}}$은 다음과 같습니다:

제3장: 1,000Hz 0-Alloc C# K808 인휠모터 토크 제어 엔진 아키텍처

8개 바퀴의 토크와 회생제동을 1ms 주기로 무할당 계산하는 순수 C# 고성능 구조체입니다:

using System;
using System.Numerics;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.K808Hev
{
    /// <summary>
    /// 차체 주행 상태 및 운전자 페달/조향 입력 (0-Alloc)
    /// </summary>
    public readonly struct VehicleChassisState
    {
        public readonly float VehicleSpeedMps; // 차체 종방향 속도 vx (m/s)
        public readonly float SteeringAngleDeg;// 스티어링 휠 조향각 (deg)
        public readonly float ThrottlePedal;   // 가속 페달 개도 (0.0~1.0)
        public readonly float BrakePedal;      // 제동 페달 압력 (0.0~1.0)
        public readonly float YawRateRps;      // 현재 차체 요 각속도 (rad/s)
        public readonly float BatterySoc;      // 배터리 잔여 용량 SOC (0.0~1.0)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public VehicleChassisState(float vx, float steer, float throttle, float brake, float yaw, float soc)
        {
            VehicleSpeedMps = vx;
            SteeringAngleDeg = steer;
            ThrottlePedal = throttle;
            BrakePedal = brake;
            YawRateRps = yaw;
            BatterySoc = soc;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 8개 인휠모터 토크 출력 지령 구조체 (N*m)
    /// </summary>
    public readonly struct InWheelMotorTorques
    {
        // 좌측 4륜 (FL1, FL2, RL1, RL2)
        public readonly float TorqueL1;
        public readonly float TorqueL2;
        public readonly float TorqueL3;
        public readonly float TorqueL4;
        // 우측 4륜 (FR1, FR2, RR1, RR2)
        public readonly float TorqueR1;
        public readonly float TorqueR2;
        public readonly float TorqueR3;
        public readonly float TorqueR4;
        public readonly float TotalRegenKw; // 총 회생 전력 (kW)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public InWheelMotorTorques(float l1, float l2, float l3, float l4, float r1, float r2, float r3, float r4, float regenKw)
        {
            TorqueL1 = l1; TorqueL2 = l2; TorqueL3 = l3; TorqueL4 = l4;
            TorqueR1 = r1; TorqueR2 = r2; TorqueR3 = r3; TorqueR4 = r4;
            TotalRegenKw = regenKw;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 결정론적 K808 HEV 8륜 인휠모터 구동제어 엔진
    /// </summary>
    public ref struct K808InWheelTorqueEngine
    {
        private const float WheelRadiusM = 0.55f;       // 타이어 유효 반경 (m)
        private const float TrackWidthM = 2.40f;        // 좌우 윤거 W (m)
        private const float MaxMotorTorqueNm = 2_800.0f;// 단일 모터 최대 토크 (2,800 N*m)
        private const float MaxRegenPowerKw = 350.0f;   // 최대 회생 흡수 전력 (kW)

        private const float KpYaw = 4_500.0f;           // 요 모멘트 피드백 이득

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public InWheelMotorTorques UpdateTorqueVectoring(ref VehicleChassisState state, float dt)
        {
            // 1. 기본 요구 구동력/제동력 산출
            float totalDriveTorque = state.ThrottlePedal * (8.0f * MaxMotorTorqueNm);
            float totalBrakeTorque = state.BrakePedal * (8.0f * MaxMotorTorqueNm);

            float baseWheelTorque = (totalDriveTorque - totalBrakeTorque) / 8.0f;

            // 2. 전자식 차동 및 직접 요 모멘트(DYC) 보정치 계산
            // 목표 요 각속도 r_target = (vx / L_wheelbase) * delta_steer
            float steerRad = state.SteeringAngleDeg * (MathF.PI / 180.0f);
            float targetYawRate = (state.VehicleSpeedMps / 4.8f) * MathF.Tan(steerRad);
            float yawRateError = targetYawRate - state.YawRateRps;

            // 요구 차동 모멘트 dM = Kp * yawError
            float deltaYawMoment = KpYaw * yawRateError;

            // 좌/우 토크 차이: dF_x = dM / W, dTorque = dF_x * R_wheel / 4
            float deltaTorquePerWheel = (deltaYawMoment / TrackWidthM) * (WheelRadiusM / 4.0f);

            // 좌우 바퀴 토크 배분 (좌측 감속/우측 가속 또는 반대)
            float torqueLeft = baseWheelTorque - deltaTorquePerWheel;
            float torqueRight = baseWheelTorque + deltaTorquePerWheel;

            // 3. 모터 한계 및 회생제동 배터리 보호 클램핑
            float maxTorque = MaxMotorTorqueNm;
            float minTorque = (state.BatterySoc > 0.95f) ? 0.0f : -MaxMotorTorqueNm; // SOC 95% 이상 시 회생 제한

            torqueLeft = Math.Clamp(torqueLeft, minTorque, maxTorque);
            torqueRight = Math.Clamp(torqueRight, minTorque, maxTorque);

            // 총 회생 전력 계산 (음수 토크 합산)
            float totalRegenPower = 0.0f;
            float wheelOmega = state.VehicleSpeedMps / WheelRadiusM;
            if (torqueLeft < 0.0f) totalRegenPower += MathF.Abs(torqueLeft) * 4.0f * wheelOmega;
            if (torqueRight < 0.0f) totalRegenPower += MathF.Abs(torqueRight) * 4.0f * wheelOmega;
            float totalRegenKw = totalRegenPower / 1000.0f;

            return new InWheelMotorTorques(
                torqueLeft, torqueLeft, torqueLeft, torqueLeft,
                torqueRight, torqueRight, torqueRight, torqueRight,
                totalRegenKw
            );
        }
    }
}

제4장: 급선회 기동 및 회생제동 시계열 성능 지표

시속 50km/h로 주행 중 30° 급선회 후 급제동 시 1,000Hz 8륜 토크 벡터링 시계열 데이터입니다: