news 2026/8/21 20:24:25

B样条曲线根据曲率极值进行分段速度规划的方法介绍

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
B样条曲线根据曲率极值进行分段速度规划的方法介绍

在 B 样条曲线轨迹上,已经找到曲率极值点并划分了段落,也做了 S 型速度规划,但极值点附近和段内仍出现规划速度超过曲率允许值的情况。如何调整?

核心思路:
“极值点速度合规”只是必要条件,不是充分条件;必须保证整条速度曲线在曲率约束曲线下方。下面给出可落地的三步法。

1. 先把“曲率约束速度”变成连续函数

  • 把整条曲线离散成足够密的点(Δu ≤ 0.001),算出每个点的曲率 κ(u)。
  • 用 κ(u) 算出每个点对应的最大安全速度
    v_max(u) = √(a_max / κ(u)) (κ>0)
    得到一条“曲率限速曲线” v_max(u)。
  • 这条曲线就是后续速度规划的硬上限

2. 速度规划时“先限速、再平滑”

(1) 分段限速
  • 以极值点为界,把曲线分成若干段。
  • 每段取该段内 v_max(u) 的最小值作为该段的段上限v_seg。
  • 这样每段的匀速区速度 ≤ v_seg,天然不会越界。
(2) S 型过渡
  • 在相邻段之间做 S 型加减速,但加减速过程必须满足
    v(t) ≤ min{ v_seg_prev, v_seg_curr }
    即过渡段速度不能冲破前后两段的限速墙。
  • 若仍超限,可把过渡时间拉长,或降低加加速度 j_max,让速度曲线更“扁”。
(3) 前瞻窗口
  • 在每段开始前,向前看 3–5 段,取其中最小的 v_seg 作为当前段的前瞻限速
  • 这样极值点还没到,速度已经提前降下来,避免“急刹”。

3. 事后检查与自适应调整

(1) 逐点检查
  • 生成完整速度曲线 v(u) 后,与 v_max(u) 逐点比较。
  • 若某点 v(u) > v_max(u),记录超限量 Δv。
(2) 局部重规划
  • 对超限区间 [u_a, u_b],把该段的 v_seg 直接设为 min(v_max(u)),再重新做 S 型过渡。
  • 若仍不收敛,可加密极值点:在 [u_a, u_b] 内再找局部曲率极大值,把段落切得更细,重复步骤 2。
(3) 控制点微调(可选)
  • 若超限区间集中在某段且幅度较大,可微调该段对应的 2–3 个控制点,降低曲率峰值,再重新计算 v_max(u)。
  • 由于 B 样条具有局部支撑性,只影响局部速度曲线,不会“牵一发而动全身”。

一句话总结

先把“曲率→限速”做成连续上限曲线,再用“分段限速 + 前瞻 + 局部重规划”三板斧,保证整条速度曲线始终贴着上限走,既安全又平滑。

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