대한민국 해병대 무인수색차량(UGV) 야지 험지 극복 6륜 독립 인휠모터 슬립제어 및 1,000Hz 0-Alloc C# 등판 트랙션(TCS) 엔진

1. 6륜 독립 슬립률 정의 및 버크하르트 노면 마찰 역학 모델

차체 전진 속도 $v_x$, 각 휠의 유효 반경 $r_{\text{eff}}$, 회전 각속도 $\omega_i$, 휠 슬립률 $\lambda_i$:

갯벌 및 모래 등 비포장 야지에서 최대 마찰력 발생 피크 $\lambda_{\text{opt}} \approx 0.18$ 초과 시 슬립 현상 급증으로 구동력이 급격히 감소합니다.

2. 경사지 6륜 수직하중 이동 및 슬립 보상 토크식

등판 경사각 $\theta_{\text{slope}}$, 휠별 수직 항력 $F_{z,i}$, 최적 구동 토크 $T_i^*$:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# 해병대 UGV 트랙션 제어 엔진

1밀리초 제어 주기로 6륜 회전수와 IMU 차속을 수신하여 독립 인휠모터 구동 토크를 연산하는 C# 코어입니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.RoboticTractionControl
{
    /// 

    /// 6륜 독립 휠 회전 및 차체 텔레메트리 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct UgvWheelTelemetry
    {
        public readonly float VehicleSpeedMps;         // GPS/IMU 융합 차체 전진 속도 (m/s)
        public readonly float SlopeAngleDeg;           // 등판 경사각 (도)
        public readonly float WheelSpeedMps0;          // 1번륜(전좌) 선속도 (m/s)
        public readonly float WheelSpeedMps1;          // 2번륜(전우) 선속도 (m/s)
        public readonly float WheelSpeedMps2;          // 3번륜(중좌) 선속도 (m/s)
        public readonly float WheelSpeedMps3;          // 4번륜(중우) 선속도 (m/s)
        public readonly float WheelSpeedMps4;          // 5번륜(후좌) 선속도 (m/s)
        public readonly float WheelSpeedMps5;          // 6번륜(후우) 선속도 (m/s)

        public UgvWheelTelemetry(
            float vCar, float slope,
            float w0, float w1, float w2, float w3, float w4, float w5)
        {
            VehicleSpeedMps = vCar;
            SlopeAngleDeg = slope;
            WheelSpeedMps0 = w0;
            WheelSpeedMps1 = w1;
            WheelSpeedMps2 = w2;
            WheelSpeedMps3 = w3;
            WheelSpeedMps4 = w4;
            WheelSpeedMps5 = w5;
        }
    }

    /// 

    /// 6륜 인휠모터 토크 제어 출력
    /// 
    public readonly ref struct UgvTractionOutput
    {
        public readonly float TorqueNm0;               // 1번륜 토크 지령 (N*m)
        public readonly float TorqueNm1;               // 2번륜 토크 지령 (N*m)
        public readonly float TorqueNm2;               // 3번륜 토크 지령 (N*m)
        public readonly float TorqueNm3;               // 4번륜 토크 지령 (N*m)
        public readonly float TorqueNm4;               // 5번륜 토크 지령 (N*m)
        public readonly float TorqueNm5;               // 6번륜 토크 지령 (N*m)
        public readonly bool IsTcsEngaged;             // 슬립 방지 개입 여부

        public UgvTractionOutput(
            float t0, float t1, float t2, float t3, float t4, float t5, bool engaged)
        {
            TorqueNm0 = t0;
            TorqueNm1 = t1;
            TorqueNm2 = t2;
            TorqueNm3 = t3;
            TorqueNm4 = t4;
            TorqueNm5 = t5;
            IsTcsEngaged = engaged;
        }
    }

    /// 

    /// 해병대 6×6 UGV 1,000Hz 0-Alloc C# 트랙션 제어 엔진
    /// 
    public static class UgvInWheelTractionEngine
    {
        private const float TargetOptimalSlip = 0.18f; // 최적 견인 슬립률
        private const float BaseMotorTorqueNm = 450.0f;// 기본 지령 토크
        private const float SlipKp = 1200.0f;          // 슬립 감쇠 게인

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static UgvTractionOutput ComputeTraction(
            in UgvWheelTelemetry telemetry)
        {
            float vCar = MathF.Max(telemetry.VehicleSpeedMps, 0.1f);
            bool tcsEngaged = false;

            float t0 = CalculateWheelTorque(telemetry.WheelSpeedMps0, vCar, ref tcsEngaged);
            float t1 = CalculateWheelTorque(telemetry.WheelSpeedMps1, vCar, ref tcsEngaged);
            float t2 = CalculateWheelTorque(telemetry.WheelSpeedMps2, vCar, ref tcsEngaged);
            float t3 = CalculateWheelTorque(telemetry.WheelSpeedMps3, vCar, ref tcsEngaged);
            float t4 = CalculateWheelTorque(telemetry.WheelSpeedMps4, vCar, ref tcsEngaged);
            float t5 = CalculateWheelTorque(telemetry.WheelSpeedMps5, vCar, ref tcsEngaged);

            return new UgvTractionOutput(t0, t1, t2, t3, t4, t5, tcsEngaged);
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        private static float CalculateWheelTorque(float wSpeed, float vCar, ref bool engaged)
        {
            float slip = (wSpeed - vCar) / MathF.Max(wSpeed, vCar);
            if (slip > TargetOptimalSlip)
            {
                engaged = true;
                float excess = slip - TargetOptimalSlip;
                return Math.Clamp(BaseMotorTorqueNm - (excess * SlipKp), 50.0f, BaseMotorTorqueNm);
            }
            return BaseMotorTorqueNm;
        }
    }
}

4. 모래사장 및 30도 험지 등판 시험 데이터