Trong ngữ cảnh ngày nay, khi môi trường và năng lượng đang trở thành những quốc gia quan trọng của ngành công nghiệp ô tô, việc nghiên cứu và phân tích hiệu suất của động cơ là một yếu tố không thể phớt lờ. Được biết đến như là trái tim của mọi chiếc xe, động cơ không chỉ quyết định về khả năng vận hành mà còn đặt ra thách thức lớn trong việc kiểm soát khí thải động cơ, đặc biệt là NOx một chất gây ô nhiễm đôi khi gặp phải trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. Chính vì lẽ đó, nghiên cứu này đặt mục tiêu xây dựng một mô hình hồi quy tuyến tính của động cơ, tập trung vào các yếu tố như tốc độ động cơ, áp suất cực đại trong xi lanh, tỷ lệ không khínhiên liệu, thời điểm bắt đầu phun, cùng với công suất động cơ và phát thải NOx. Chúng ta sẽ tiến hành phân tích kết quả để hiểu rõ hơn về tương quan giữa các biến số này và cách chúng ảnh hưởng đến hiệu suất và môi trường.
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Mô hình hồi quy tuyến tính của động cơ
Mô hình hồi quy tuyến tính là một kỹ thuật trong thống kê và máy học được sử dụng để mô phỏng mối quan hệ tuyến tính giữa một biến phụ thuộc và một hoặc nhiều biến độc lập Mục tiêu của mô hình này là tìm ra một đường thẳng (trong trường hợp của mô hình hồi quy tuyến tính đơn biến) hoặc một siêu phẳng (trong trường hợp của mô hình hồi quy tuyến tính đa biến) sao cho tổng bình phương sai số (sum of squared errors) giữa các giá trị dự đoán và giá trị thực tế là nhỏ nhất. Đường thẳng hoặc siêu phẳng này được xác định bằng cách tối thiểu hóa hàm mất mát, thường là tổng bình phương sai số giữa giá trị dự đoán và giá trị thực tế Mô hình hồi quy tuyến tính có thể được biểu diễn dưới dạng phương trình toán học như sau: Đối với mô hình hồi quy tuyến tính đơn biến:
Y X Đối với mô hình hồi quy tuyến tính đa biến:
: các hệ số hồi quy, thể hiện độ đà của mối quan hệ giữa biến phụ thuộc và biến độc lập;
: sai số ngẫu nhiên, biểu thị sự biến động không lường trước được của biến phụ thuộc mà mô hình không giải thích được.
Quá trình xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính liên quan đến việc ước lượng các hệ số sao cho hàm mất mát là nhỏ nhất Các phương pháp như phương pháp bình phương tối thiểu (least squares method) thường được sử dụng để tìm giá trị tối ưu cho các hệ số này.
1.1.2 Phương pháp xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính của động cơ
Quá trình thu thập dữ liệu là một bước quan trọng để xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính cho động cơ Cụ thể như sau:
Xác định Biến Độc Lập và Biến Phụ Thuộc:
- Biến Độc Lập (Input Features):Xác định những thông số của động cơ mà bạn cho là có ảnh hưởng đến hiệu suất, ví dụ: công suất, mô-men xoắn, tốc độ quay, nhiệt độ, áp suất, v.v.
- Biến Phụ Thuộc (Output Target):Xác định đại lượng mà bạn muốn dự đoán hoặc đo lường, chẳng hạn như hiệu suất hoặc tiêu thụ năng lượng.
Chọn Các Cảm Biến và Thiết Bị Thu Thập Dữ Liệu:
- Xác định các cảm biến cần thiết để đo lường các biến độc lập và phụ thuộc Điều này có thể bao gồm cảm biến công suất, cảm biến mô-men xoắn, cảm biến tốc độ, và các cảm biến khác liên quan đến động cơ.
- Chọn thiết bị thu thập dữ liệu như bộ đo đa chức năng, cảm biến IoT,hoặc bất kỳ công cụ đo lường phù hợp nào khác.
- Kiểm tra tính chính xác, độ đầy đủ và xử lý giá trị ngoại lai nếu cần thiết.
- Xác định mối quan hệ giữa các biến thông qua phân tích sơ bộ.
- Chia dữ liệu thành tập huấn luyện và tập kiểm tra để đánh giá mô hình.
- Sử dụng thư viện học máy như scikit-learn hoặc TensorFlow để xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính.
- Chọn các biến độc lập và phụ thuộc, và áp dụng thuật toán hồi quy tuyến tính.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ảnh hưởng của các thông số đầu vào tới công suất động cơ
Hình 2.1 Ảnh hưởng của sự thay đổi tốc độ động cơ tới công suất của động cơ xăng
Tốc độ động cơ (engine speed) có một ảnh hưởng lớn đến công suất động cơ.Mối liên kết giữa tốc độ động cơ và công suất có thể được mô tả thông qua định luật cơ học cơ bản và một số khái niệm cơ bản về động cơ.
2.1.2 Ảnh hưởng của áp suất cực đại trong xi lanh tới công suất động cơ
Hình 2.2 Ảnh hưởng của áp suất xi lanh cực đâị tới công suất động cơ Áp suất cực đại trong xi lanh ảnh hưởng lớn đến công suất động cơ bằng cách tác động đến mô-men xoắn, một yếu tố quyết định của công suất Sự tăng giảm của áp suất cực đại có thể được kiểm soát và điều chỉnh thông qua các thông số quan trọng của động cơ, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiêu thụ nhiên liệuThời gian phun tới công suất động cơ
2.1.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ không khí- nhiên liệu tới công suất động cơ hình 2.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ không khí- nhiên liệu tới công suất động cơ
Tỉ lệ không khí-nhiên liệu chơi một vai trò quan trọng trong quá trình đốt cháy của động cơ và ảnh hưởng đến công suất Kiểm soát tỉ lệ này đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả, an toàn và tuân thủ các tiêu chuẩn về môi trường Điều này thường được thực hiện thông qua các hệ thống điều khiển tự động trong động cơ hiện đại.
2.1.4 Ảnh hưởng của thời điểm phun tới công suất của dộng cơ hình 2.4 Ảnh hưởng của thời điểm phun tới công suất động cơ
Thời điểm phun nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát và tối ưu hóa quá trình đốt cháy, ảnh hưởng trực tiếp đến công suất và khả năng kiểm soát khí thải của động cơ Sự đồng bộ và điều chỉnh chính xác thời điểm phun nhiên liệu là quan trọng để đạt được hiệu suất tối đa và tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường.
Ảnh hưởng của các thông số đầu vào tới khí thải Nox
hình 2.5 Ảnh hưởng của tốc đọ động cơ tới khí thải Nox
Tốc độ động cơ có ảnh hưởng đến khí thải NOx chủ yếu thông qua việc điều chỉnh nhiệt độ và điều kiện đốt cháy Các hệ thống kiểm soát thông minh và các kỹ thuật giảm NOx được sử dụng để tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường và giảm tác động tiêu cực của NOx đối với không khí và sức khỏe con người Thời điểm bắt đầu phun tới khí thải NOx
2.2.2 Ảnh hưởng của áp suất cực đại trong xi lanh tới khí thải Nox hình 2.6 Ảnh hưởng của áp suất cực đại trong xi lanh tới khí thải Nox Áp suất cực đại trong xi lanh ảnh hưởng đến quá trình đốt cháy và sự hình thành NOx Sự điều chỉnh các thông số quan trọng và sử dụng các công nghệ giảmNOx có thể giúp kiểm soát và giảm thiểu tác động tiêu cực của NOx đối với môi trường.
2.2.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ không khí – nhiên liệu tới khí thải Nox hình 2.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ không khí – nhiên liệu tới khí thải NOX
Tỉ lệ không khí-nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát hình thành NOx Sự điều chỉnh tỉ lệ này đòi hỏi sự cân nhắc giữa hiệu suất nhiên liệu và giảm thiểu khả năng hình thành NOx Các công nghệ và kỹ thuật điều chỉnh tỉ lệ không khí-nhiên liệu cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải.
2.2.4 Ảnh hưởng của thời điểm phun tới khí thải NOX hình 2.8 Ảnh hưởng của thời điểm phun tới khí thải NOX
Thời điểm phun nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát quá trình đốt cháy và hình thành NOx Sự điều chỉnh thời điểm phun có thể giúp tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu và giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường Các công nghệ và kỹ thuật hiện đại thường tích hợp để đảm bảo sự kiểm soát chính xác và hiệu quả.
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỒI QUY TUYẾN TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ
Giới thiệu về phần mềm R
R là một ngôn ngữ lập trình hàm cấp cao vừa là một môi trường dành cho tính toán thống kê R hỗ trợ rất nhiều công cụ cho phân tích dữ liệu, khám phá tri thức và khai mỏ dữ liệu nhưng lại là phần mềm miễn phí mã nguồn mở Hơn nữa R rất dễ học và có thể phát triển nhanh các ứng dụng tính toán xác suất thống kê, phân tích dữ liệu.
Ngôn ngữ R được đề xuất bởi R Ihaka và R Gentleman là phần mềm miễn phí mã nguồn mở chạy trên nhiều nền phần cứng như Intel, PowerPC, Alpha, Sparc và nhiều hệ điều hành khác nhau như Unix, Linux, Windows, Mac R rất dễ học và có thể phát triển nhanh các ứng dụng khai mỏ dữ liệu trong thời gian ngắn nhờ nhiều công cụ tích hợp sẵn dùng như khả năng lập trình, kiểu dữ liệu phong phú, các hàm thống kê, giải thuật học tự động và các giao diện truy vấn dữ liệu, hiển thị dữ liệu.
R là một ngôn ngữ phân tích thống kê, R có thể thức hiện tất cả cá mô hình phân tích Ngoài ra, R còn có thể mô phỏng các mô hình không giải được bằng toán học và R có thể lập trình cho các phương pháp mới.
Giới thiệu về R studio
Mục đích của RStudio Launcher là cung cấp giao diện chung giữa RStudio IDE và hệ thống lập kế hoạch công việc tùy ý Mỗi trình khởi chạy RStudio sẽ cho phép RStudio IDE khởi chạy các công việc, chẳng hạn như phiên R, tập lệnh R và sổ tay Jupyter, vào hệ thống lập kế hoạch công việc mà không yêu cầu bất kỳ sửa đổi nào đối với chính RStudio IDE.
Mục tiêu của trình khởi chạy RStudio là triển khai từng API Trình khởi chạy RStudio theo cách mà hành động dự định của API sẽ được hệ thống lập kế hoạch công việc mà nó giao tiếp hoàn thành Một số tính năng của hệ thống lập kế hoạch công việc có thể không được bộc lộ và một số hạn chế của hệ thống lập kế hoạch công việc có thể cần được khắc phục.
Xây dựng mô hình
Bảng 1 Thông số cho mô hình hồi quy tuyến tính
Oxygen/ fuel ratio (-) SOI rpm oCA
3.3.1 Nhập thông số Ở bước này ta sẽ nhập thông số bằng cách nhập code vào R:
Power