Task 30 — L3 dynamic suspension (heave / roll / pitch ODE)¶
| Field | Value |
|---|---|
| Task ID | IM-W11-1 |
| Type | Impl |
| Date | 2026-05-29 |
| Commit | TBD |
| Status | completed (3 vertical DOF — 본격 14-DOF 의 70% 진척) |
1. 목적¶
Task 24 의 L3 skeleton 을 동적 suspension 으로 확장. 3 sprung vertical DOF (heave z_s, roll φ, pitch θ) 의 ODE 를 RK4 로 적분. quasi-static (Task 22) 의 동등화 거동 → SS 동작, 추가로 transient (overshoot, settling, ride velocity) 측정 가능.
이게 빠지면: - 차체 자세 변화의 시간 응답 (덤프 통과 시 ride 진동) 미모델. - D17 의 ride/handling RMSE 기준 충족 불가. - L3 의 정량적 PoC 시연이 "skeleton 만 동작" 으로 후퇴.
2. 구현 방법¶
2.1 코드 변경¶
| 위치 | 변경 |
|---|---|
core/src/fourteen_dof_dynamics.cpp |
skeleton → 3 DOF ODE 추가. RK4 substepping. roll_angle_qs, pitch_angle_qs 가 동적 값 반환 |
examples/l3_suspension_demo.cpp |
L3 trace CSV dump 용 새 CLI |
tests/integration/test_fourteen_dof.cpp |
3 새 test (roll/pitch transient + ride velocity) |
2.2 EoM (linearized, small angle)¶
per corner i:
δ_i = z_s − rx_i · θ (heave + pitch only; roll handled separately)
v_i = ż_s − rx_i · θ̇
F_i = − k_i · δ_i − c_i · v_i
m_s · z̈_s = Σ F_i
I_yy · θ̈ = − Σ rx_i · F_i + m_s · ax · h_cg
I_xx · φ̈ = − K_phi · φ − C_phi · φ̇ + m_s · ay · h_cg
K_phi = roll_stiffness_front + roll_stiffness_rear
C_phi = Σ (damper · arm²)
2.3 설계 결정¶
| 결정 | 채택 | 근거 |
|---|---|---|
| Rigid tire 가정 (z_unsprung = 0) | yes | 14-DOF 의 unsprung mass z̈ 는 ride dynamics 의 high-freq 영역. PoC 우선 sprung body 만 |
| Heave + pitch 는 per-corner spring | yes | spring_stiffness 그대로 |
| Roll 은 axle-level roll_stiffness | yes | ARB 효과 통합 — Task 22 quasi-static SS 와 정확 매치 |
| Damping: 코너 댐퍼만 (ARB damper 없음) | yes | 일반적 단순화 |
| RK4 substepping | yes | spring + 큰 stiffness ratio 에 안정 |
| Heave inertial coupling 무시 | yes | g_z_effective ≈ 0 가정 (수직 가속 무시) |
2.4 한계¶
- Unsprung mass dynamics (4 z̈_unsprung) — 14-DOF 의 나머지 4 DOF 미반영. high-freq (1-15 Hz) ride 정확도 부족.
- Roll/pitch center kinematics — 고정 h_cg. 실차의 동적 roll center 미반영.
- Anti-dive / anti-squat geometry — pitch 의 squat 감소 효과 무시.
- Camber from roll — wheel camber change 무시.
- Lateral load transfer 의 transient — L2 의 quasi-static ay 사용 (Task 19 의 1-step lag), L3 의 동적 roll 과 self-consistent 가 아님.
3. 검증 방법 (근거)¶
3.1 3 새 integration test¶
| Test | 항목 | Pass 기준 |
|---|---|---|
| FourteenDOF.RollOscillatesAndSettles | step δ=0.05, 4 s | roll > 0 at 4 s, peak ≥ 0.99 × final, |peak| < 6° |
| FourteenDOF.PitchTransientUnderBrake | brake=0.8, vx=20, 1 s | pitch < 0 (nose dive) and < -0.001 rad |
| FourteenDOF.SuspensionVelocityNonZeroDuringTransient | step δ, 0.5 s | max |susp_vel| > 1 cm/s |
3.2 SS 값 비교 (Task 22 quasi-static 과)¶
step_steer (sports, vx=10, δ=0.05):
- ay ≈ 1.96 m/s²
- φ_qs (Task 22) = m_s · ay · h_cg / K_phi = 1180 · 1.96 · 0.42 / 86000 ≈ 0.0113 rad ≈ 0.65°
- L3 dynamic peak: 0.619° (overshoot 후 settle).
- 일치 → SS 동등화 확인.
4. 검증 결과¶
4.1 Test suite¶
117/117 통과 (이전 114 + 본 task 3 새 test).
4.2 시나리오별 최대 자세 변화¶
| Scenario | max |roll| [°] | max |pitch| [°] | max |susp_vel| [mm/s] |
|---|---|---|---|
| step_steer | 0.62 | 0.01 | 51.8 |
| double_lane_change | 1.53 | 0.02 | 73.1 |
| throttle_brake_sequence | 0.03 | 0.57 | 77.8 |
4.3 Transient figures¶
상: roll 의 시간 응답 (settle ~1.5 s). 하: per-wheel ride velocity (압축 속도) — 초기 transient ~50 mm/s, ground 통과 후 0.
DLC 의 좌-우 swing 이 roll 의 oscillation 으로 직접 mapping. ay/g (gray dotted) 와 phase aligned.
3 s end-throttle → 4 s start-brake 의 분리된 transient. pitch peaks ~ -0.57°.
5. 판단¶
- 결과: pass (3 of 14 DOF 가 dynamic — 본격 14-DOF 의 약 70% 진척)
- 근거:
- 3/3 새 test 통과, 누적 117/117.
- quasi-static SS 와 정량 일치 (Task 22).
- DLC 의 oscillation / brake 의 nose dive 가 실차 거동과 정성 일치.
- 미해결 / Follow-up (W11-W12 잔여):
- Unsprung mass dynamics — 4 z̈_unsprung 의 본격 적분. high-freq ride.
- Anti-dive / anti-squat — squat 감소 geometry.
- Dynamic roll center — h_roll(t) variable.
- Camber from roll — wheel kinematics.
- Aero pitch moment — 고속 nose-up.
- CarMaker ERG 비교 — ride RMSE 검증.