在自动驾驶相关利好政策以及行业研发热潮的推动下,更丰富且更安全的自动驾驶解决方案将成为企业抢占未来汽车市场的核心竞争力。随着自动驾驶等级的提高,驾驶员在动态驾驶任务中的参与程度逐渐降低,更多时候都要依靠自动驾驶系统独立完成动态驾驶任务,此时相关系统功能的完整性就显得尤为重要。转向系统作为车辆必不可少的核心组成部分,其功能也逐渐从基础的转向助力向自动转向转变。为了满足自动驾驶系统需求,提高系统可靠性与安全性,就必须要在转向系统架构设计和控制策略研发中考虑功能安全。本文按照ISO 26262标准中的功能安全分析流程,从自动转向功能入手,对自动驾驶汽车转向系统进行功能安全分析并建立相应的故障诊断和容错策略,以实现对系统功能状态的监测并确保系统内传感器及控制执行单元故障后车辆能进入安全状态。本文主要研究内容如下:（1）自动驾驶汽车转向系统功能安全分析依据ISO 26262标准对自动驾驶汽车转向系统开展了功能安全分析。首先明确自动转向功能需求及运行场景,给出了相关项定义,确定系统初始架构及信号交互关系。然后进行了危害分析与风险评估,导出危害事件并给出了汽车安全完整性等级和安全目标。最后对功能安全目标进行分解,得到功能安全要求以及指导软硬件设计的技术安全要求,并据此完成了系统硬件冗余架构及控制架构的更新。（2）冗余转向系统传感器故障诊断及容错策略按照传感器相关的技术安全要求设计了传感器的故障诊断及容错策略。首先对传感器故障在信号层面的表现形式进行分析,建立了相应的故障模型。然后利用支持向量回归的方法设计了转角估计器,将其与硬件冗余相结合,采用多数投票的方法实现了转角传感器的故障诊断,当确认故障传感器后切换到剩余的正常传感器以实现容错。考虑到电流传感器的特殊性,将坐标变换和有外部输入的非线性自回归神经网络相结合实现了电流的单步和多步预测,通过电流预测值和传感器实测值间的残差序列实现了电流传感器的故障诊断,并给出恒偏置和恒增益故障类型的判断,在电流传感器故障不严重且容易定位时,根据提取到的故障类型和故障大小实现容错补偿。最后在联合仿真平台上对所设计的传感器故障诊断及容错策略的有效性进行了验证。（3）冗余转向系统控制执行单元故障诊断及容错策略首先根据实际的冗余转向系统结构,搭建了转向系统的机械模型和双绕组电机模型,基于此设计了自动转向控制算法,并给出相应的控制器故障诊断策略。接着对双绕组电机常见的绕组故障进行分析,搭建了相应的故障模型,利用短时傅里叶变换提取相电流的三次谐波信号实现了电机绕组的故障诊断。最后给出了冗余转向系统整体的容错切换和降级逻辑,并在联合仿真平台上对自动转向控制效果及电机绕组故障诊断及容错切换策略的有效性进行了验证。（4）自动驾驶汽车冗余转向系统故障注入试验验证结合功能安全分析中提取出来的危害场景和转向系统功能安全相关标准,设计了故障注入试验方案及故障注入测试用例。然后基于CarSim/Simulink联合仿真平台对本文提出的故障诊断及容错策略进行故障注入仿真验证,试验结果表明所设计的安全机制均能有效诊断出故障并实现容错。为了对所设计策略的有效性做进一步验证,搭建了转向系统硬件在环试验台,并在台架上完成了自动转向功能测试和故障注入测试,试验结果表明自动转向转角跟踪效果较好,且本文所建立的故障诊断及容错策略在故障注入后能迅速诊断出故障并进行容错,使车辆进入相应的安全状态,避免危害事件的发生,从而提高了转向系统的可靠性和安全性。