Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) and safety assessment of a steering actuator of an autonomous vehicle

In recent years, autonomous vehicles have become an increasingly relevant topic in the automotive sector. In addition to the emphasis on sensor technology and the autonomous driving software, particular attention is required to ensure the safety and reliability of the system actuators. The present thesis focuses on the structural safety and reliability analysis of an autonomous steering device for conventional road vehicles. To perform the analysis, the study began with the execution of a Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) to identify potential failure modes and their effects. The FMEA process guides the design of specific static and dynamic tests, supported by an extensive literature review that aims to identify the types of forces and moments typically exerted by the driver on the steering wheel. Analytical calculations and the Finite Element Method (FEM) were used to validate the mechanical behaviour and identify critical conditions. A dedicated experimental setup was developed and implemented on a test vehicle to enable a compar ison with the mechanical response of the OEM steering system components. The work concluded with the completion of the tests, which demonstrated the device’s ability to withstand the imposed cyclic and static loads.

Negli ultimi anni, i veicoli autonomi sono diventati un argomento sempre più rilevante. In aggiunta all’attenzione riposta sulla tecnologia della sensoristica e del sistema di guida autonoma, particolare attenzione è richiesta per garantire la sicurezza e l’affidabilità degli attuatori del sistema autonomo. Questa tesi si concentra sull’analisi della sicurezza strut turale e dell’affidabilità di un dispositivo di sterzo autonomo per veicoli stradali conven zionali. Lo studio è iniziato con l’esecuzione di un’analisi dei modi di guasto e degli effetti (FMEA) atta ad identificare i potenziali modi di guasto e i loro effetti. Il processo della FMEA ha poi guidato la progettazione di specifici test statici e dinamici, supportato da un’ampia revisione della letteratura utile all’identificazione dei tipi di forze e momenti tipicamente esercitati dal conducente sul volante. Calcoli analitici ed analisi con metodo degli elementi finiti (FEM) sono state condotte per convalidare il comportamento mecca nico e identificare le condizioni critiche. È stata sviluppata e implementata su un veicolo di prova una configurazione sperimentale dedicata per consentire un confronto con la risposta meccanica dei componenti del sistema di sterzo originali. Il lavoro si è concluso con il completamento delle prove, le quali hanno dimostrato la capacità del dispositivo di sostenere i carichi ciclici e statici imposti.