基于CiteSpace的汽車空氣動力特性研究

馬帥威

（重慶交通大學(xué)機電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074）

主題詞：空氣動力特性 汽車 研究脈絡(luò) CiteSpace

1 前言

汽車空氣動力特性是汽車的重要性能，它是指汽車在流場所受到的以阻力為主的包括升力、側(cè)向力的氣動力和其相應(yīng)的力矩作用而產(chǎn)生的車身外部、內(nèi)部的氣流特性、側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性以及氣動噪聲特性[1]。隨著高等級公路的發(fā)展和汽車行駛速度的提高，對汽車操作穩(wěn)定性、安全性和舒適性提出了越來越高的要求。研發(fā)具有良好空氣動力特性的汽車，可提高汽車的操作穩(wěn)定性、動力性和經(jīng)濟性。降低汽車的氣動噪聲，可保障乘坐舒適性。

本文將基于汽車空氣動力特性領(lǐng)域的文獻數(shù)據(jù)，通過文獻計量分析的方式對該領(lǐng)域現(xiàn)有的研究及其未來研究趨勢進行分析總結(jié)。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

由美國德雷克賽爾大學(xué)的陳超美教授開發(fā)研制的基于Java環(huán)境運行的科學(xué)文獻計量自動化軟件CiteSpace，是一個面向科研評價領(lǐng)域的常用可視化分析工具，是專門針對科研文獻數(shù)據(jù)設(shè)計的可視化分析軟件。此軟件可以挖掘已有文獻的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律。通過對文獻檢索數(shù)據(jù)進行共現(xiàn)、被引頻次、時區(qū)分布等一系列的分析，得出科學(xué)的、客觀的評價[2-4]。本文是在Java 8的環(huán)境下使用CiteSpace（5.8.R3）軟件中的CNKI分析模塊對相關(guān)文獻進行知識圖譜分析。

2.2 數(shù)據(jù)來源

以中國知網(wǎng)（CNKI）中收錄的期刊庫檢索結(jié)果來進行分析。檢索條件為：高級檢索；主題包括：汽車空氣動力特性、空氣動力學(xué)、流場、氣動、風(fēng)振、氣阻；檢索時間設(shè)置為“2000年到不限”；來源類別選擇如表1所示。檢索時間為2022年7月1日。進行手工剔除無效期刊和經(jīng)過CiteSpace軟件的除重，最終得到668條檢索結(jié)果。

表1 期刊來源類別

本文首先從發(fā)文量、期刊來源類別、研究機構(gòu)和研究學(xué)者方面對研究現(xiàn)狀進行統(tǒng)計分析，其次通過關(guān)鍵詞頻次及聚類分析網(wǎng)絡(luò)對文獻進行圖譜分析，最后通過關(guān)鍵詞突現(xiàn)展現(xiàn)汽車空氣動力特性領(lǐng)域研究熱點。

3 文獻統(tǒng)計分析

3.1 發(fā)文量統(tǒng)計

根據(jù)期刊發(fā)文量統(tǒng)計結(jié)果，可以得到每年的文獻發(fā)表數(shù)量如圖1所示。

由圖1可知，汽車空氣動力特性研究的發(fā)文量從整體來看呈現(xiàn)增長趨勢。在2010年發(fā)文量陡增是由于“21屆道路和軌道車輛動力學(xué)國際研討會”的舉行。從2013—2017年有關(guān)研究的發(fā)文量持續(xù)增加是由于2015年由中國汽車工程學(xué)會主辦的“首屆汽車空氣動力學(xué)研討會”成功舉辦。由于本文僅統(tǒng)計了核心及以上期刊，相關(guān)研究的發(fā)文量并沒有顯得那么多。但總體來看從2000—2022年間相關(guān)主題發(fā)文量呈現(xiàn)上升趨勢。說明以“汽車空氣動力特性”為主題的研究持續(xù)受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注。

圖1 汽車空氣動力特性研究發(fā)文量趨勢

3.2 期刊來源類別分布統(tǒng)計

利用CiteSpace軟件對期刊來源分布進行整理分析，分別對檢索的4類期刊來源所含期刊數(shù)量進行統(tǒng)計分析（按照最高等級來源類別），如表2所示。

表2 期刊來源類別分布

統(tǒng)計共有110種期刊，其中EI期刊有39種，核心期刊有50種。

期刊來源等級一定程度上反映了該領(lǐng)域文獻的學(xué)術(shù)權(quán)威性，可通過文獻的來源評價該文獻的學(xué)術(shù)價值。將空氣動力學(xué)的發(fā)文量30篇及以上的期刊進行統(tǒng)計，如表3所示。

表3 期刊空氣動力學(xué)發(fā)文30篇及以上統(tǒng)計

從表3可以看出空氣動力學(xué)的發(fā)文量最多的期刊多為EI級別，其中發(fā)文量最多的期刊是《汽車工程》，發(fā)文量為121篇，占數(shù)據(jù)樣本的18.11%，說明該期刊在汽車空氣動力特性研究領(lǐng)域中具有較高的學(xué)術(shù)權(quán)威性。另外表中EI級別期刊的復(fù)合影響因子較高，對該領(lǐng)域的研究具有重要的參考意義。

3.3 機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析

對CNKI在2002—2022年間有關(guān)機構(gòu)的空氣動力學(xué)發(fā)文量與合作關(guān)系進行圖譜分析，可以了解到汽車空氣動力特性領(lǐng)域中各機構(gòu)的研究現(xiàn)狀與合作關(guān)系。在研究機構(gòu)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖譜（圖2）中，共有節(jié)點319個，連線296條，密度為0.005 8。可以看出各機構(gòu)間的合作線條還是比較稀疏的，說明大部分機構(gòu)間的合作關(guān)系不是很密切。

由圖2可知，各研究機構(gòu)間的合作關(guān)系相對較弱，僅形成3個相對來說合作較強的集群，分別為以湖南大學(xué)及其相關(guān)國家重點實驗室等機構(gòu)為主的集群、以吉林大學(xué)及其相關(guān)國家重點實驗室等機構(gòu)為主的集群和以同濟大學(xué)及其相關(guān)重點實驗室等機構(gòu)為主的集群。說明該領(lǐng)域的研究對相關(guān)的實驗室具有一定的依賴性。

圖2 研究機構(gòu)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)

對空氣動力學(xué)發(fā)文量在15篇及以上的機構(gòu)進行分析。如表4所示，可以了解到研究發(fā)文量較多的機構(gòu)多為實驗室及一些高校。其中國家重點實驗室的發(fā)文量遙遙領(lǐng)先。尤其是以“湖南大學(xué)汽車車身先進設(shè)計制造國家重點實驗室”為名義的發(fā)文量獨占鰲頭。其余機構(gòu)大多數(shù)為高校，其中以吉林大學(xué)高居首位，可以看出汽車空氣動力特性領(lǐng)域正處于持續(xù)發(fā)展階段。中介中心性（即某一節(jié)點擔(dān)任其它節(jié)點的中介作用程度）大于0.1的有：湖南大學(xué)汽車車身先進設(shè)計制造國家重點實驗室、吉林大學(xué)汽車仿真與控制國家重點實驗室、吉林大學(xué)、同濟大學(xué)、武漢理工大學(xué)，這表明這些機構(gòu)與其它機構(gòu)的合作較多，在機構(gòu)之間的合作當(dāng)中起到一定的橋梁作用。

表4 2000—2022年空氣動力學(xué)發(fā)文15篇以上的機構(gòu)

3.4 學(xué)者合作網(wǎng)絡(luò)分析

學(xué)者合作網(wǎng)絡(luò)可以反映汽車空氣動力特性領(lǐng)域的核心學(xué)者及其他學(xué)者之間的學(xué)術(shù)合作情況，對2000—2022年學(xué)者合作關(guān)系及發(fā)文量進行共現(xiàn)分析，繪制出該領(lǐng)域主要科研學(xué)者的合作網(wǎng)絡(luò)。如圖3所示，空氣動力學(xué)發(fā)文量的多少與節(jié)點大小有關(guān)，節(jié)點的連線表示兩位學(xué)者之間有合作關(guān)系，線的寬度表示合作的強度，線的顏色表示學(xué)者首次的合作時間。從圖中可看出：分別形成了以谷正氣、楊志剛、胡興軍為首的3個合作較強的群體。

圖3 研究學(xué)者合作網(wǎng)絡(luò)

從空氣動力學(xué)發(fā)文量來看(表5)，以谷正氣為首的科研團隊發(fā)文量最高，其發(fā)布文獻多數(shù)署名機構(gòu)為“湖南大學(xué)汽車車身先進設(shè)計制造國家重點實驗室”；其次，以楊志剛為首的科研團隊其發(fā)布期刊多數(shù)署名機構(gòu)為“同濟大學(xué)上海地面交通工具風(fēng)洞中心”；最后，以胡興軍為首的科研團隊其發(fā)布期刊多數(shù)署名機構(gòu)為“吉林大學(xué)汽車仿真與控制國家重點實驗室”。由此可見，學(xué)術(shù)論文的先行者大多依托于國家級實驗室進行研究。中介中心性大于0.1的學(xué)者有：谷正氣、胡興軍、汪怡平，這表明這些學(xué)者與其他學(xué)者的合作較多，在學(xué)者的合作當(dāng)中起到一定的橋梁作用。

表5 2000—2022年發(fā)文15篇以上的學(xué)者

4 研究趨勢與熱點分析

作為文獻主要內(nèi)容代表的關(guān)鍵詞具有重要意義，對得到的汽車空氣動力特性研究的文獻數(shù)據(jù)，實行關(guān)鍵詞頻次、聚類、突現(xiàn)分析，可以更清晰地認(rèn)識該領(lǐng)域。

4.1 關(guān)鍵詞頻次分析

對文獻數(shù)據(jù)進行關(guān)鍵詞頻次分析，得到相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。共得到473個關(guān)鍵詞，出現(xiàn)頻次20次以上的關(guān)鍵詞如表6。

表6 2000—2022年關(guān)鍵詞共現(xiàn)

若以出現(xiàn)的頻次和中介中心性體現(xiàn)關(guān)鍵詞的重要性，則可從表5看出，其中除了汽車與車輛工程等基礎(chǔ)的關(guān)鍵詞，還包括了汽車空氣動力特性的研究和試驗方法的關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬、CFD、風(fēng)洞試驗等，以及研究內(nèi)容的關(guān)鍵詞：氣動噪聲、氣動阻力、側(cè)風(fēng)、外流場等。

4.2 關(guān)鍵詞聚類分析

作為數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)其中之一的聚類分析，可以對特定領(lǐng)域中的專有術(shù)語或背景分類進行標(biāo)識與探析，將所收集到的數(shù)據(jù)通過一定的算法轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€結(jié)構(gòu)化集群，突出相關(guān)知識領(lǐng)域的主題分布與組織結(jié)構(gòu)，從而直觀地展現(xiàn)該領(lǐng)域研究的主題脈絡(luò)[4]。

在圖譜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，對于所生成的聚類網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定度可以用模塊值（Q值）來度量。一般認(rèn)為Q值大于0.3時，表示聚類結(jié)構(gòu)顯著，效果較好。聚類的清晰度，即聚類內(nèi)部節(jié)點的相似程度，則是通過平均輪廓值（S值）來度量，一般認(rèn)為S值大于0.5時，表示聚類內(nèi)部匹配程度高，聚類合理，而當(dāng)S值大于0.7時，則表示這是高效和令人信服的聚類結(jié)果[5]。

圖4為以汽車空氣動力特性研究為關(guān)鍵詞的共現(xiàn)聚類圖譜。圖中較為明顯的關(guān)鍵詞與對應(yīng)的聚類名稱同質(zhì)性最高。圖4中Q值為0.498，大于0.3，說明聚類結(jié)構(gòu)顯著。S值為0.760 7，大于0.7，說明這是一個高效和令人信服的聚類結(jié)果。

將圖4轉(zhuǎn)換成Timeline視圖，圖5所示為截取的一部分關(guān)鍵詞聚類時間圖譜。在圖5中，最頂層為時間軸，時間遞進為左到右；從上到下表示聚類規(guī)模由大到小，聚類規(guī)模越大說明越重要；每一條水平線放置著相同聚類，通過時間軸的演進可以看到某一聚類的研究和演進過程。圖5中關(guān)鍵詞的連線終點表示該關(guān)鍵詞在某聚類中持續(xù)到了某一年。關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)越多，則其節(jié)點越大。

圖4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類

如圖5所示的關(guān)鍵詞聚類有10個集群，可看出是以汽車為研究對象，以數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗為主要研究手段，向氣動阻力、側(cè)風(fēng)、氣動噪聲、優(yōu)化、汽車造型、湍流模型多方向發(fā)展。下面以數(shù)據(jù)樣本中有關(guān)氣動阻力、側(cè)風(fēng)、氣動噪聲的文獻來研究汽車空氣動力特性的主題脈絡(luò)。

圖5 關(guān)鍵詞聚類時間線圖譜

4.2.1 氣動阻力研究分析

在氣動阻力領(lǐng)域中主要研究如何進行減阻。控制氣動阻力的方法主要分為被動控制方法和主動控制方法。被動控制減阻的方法有：

（1）優(yōu)化汽車部件方面：車輪輻板優(yōu)化、車尾優(yōu)化、非光滑表面等；

（2）加裝氣動附件：加裝底部隔板、形態(tài)仿生的擾流板、導(dǎo)流板等。

主動控制減阻的方法有：加裝可主動控制的渦流發(fā)生器、合成射流、加裝可控的等離子激勵器、設(shè)計可主動抽吸和噴射氣體的裝置。

被動控制減阻方法優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)且應(yīng)用廣泛，缺點是控制效率較低而且在進行優(yōu)化汽車部件和加裝氣動附件時，容易增加整體研發(fā)成本。其中在優(yōu)化汽車部件方面，方健等[6]對車輪在不同工況下的氣動特性進行CFD仿真與風(fēng)洞試驗分析，探討了車輪轉(zhuǎn)動時所引起的流場作用機理，提出車輪輻板開口封閉的減阻方案，結(jié)果表明可有效降低車輪的氣動阻力。楊小龍等[7]對貨車的尾部上翹角進行優(yōu)化研究，發(fā)現(xiàn)10°的尾部上翹角可達(dá)到最好效果。周海超等[8]對不同形狀的汽車尾部與其產(chǎn)生的流場結(jié)構(gòu)和氣動阻力進行研究，最后通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)具有圓角過渡的汽車尾部可達(dá)最高6.4%的減阻效果。在加裝氣動附件方面，胡興軍等[9]對貨車的底部隔板進行研究，通過在貨車簡化模型上加裝不同的底部隔板進行對比，分析了加裝前后的氣動阻力系數(shù)及流動特性。田麗梅等[10]基于車尾加裝形態(tài)仿生的擾流板，并和在此基礎(chǔ)上后窗和后備箱表面添加棱紋形態(tài)仿生功能表面進行研究比較，發(fā)現(xiàn)后一種方案的減阻效率更低。謝金法等[11]對汽車模型頂部布置3種不同排列方式的凹坑型非光滑表面進行分析，發(fā)現(xiàn)矩形排列方式的凹坑型非光滑表面減阻效果最好。

主動控制減阻方法在汽車上的應(yīng)用較少，其優(yōu)點是在可在極小或不改變汽車形狀的情況下進行控制減阻，而且是實時的、動態(tài)的；缺點是需要外部能量的參與、技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。應(yīng)用主動控制減阻的方法有：楊易等[12]將噴射速度可變的主動控制渦流發(fā)生器與非光滑表面減阻的思想結(jié)合來改善尾渦結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到減阻的效果。崔文詩等[13]通過大渦模擬仿真方法研究合成射流激勵頻率對車輛氣動阻力的影響，分析出合成射流激勵的不同頻率可以實現(xiàn)車輛減阻效果，而且不同激勵頻率下的頻譜有不同的作用。胡興軍等[14]將介質(zhì)阻擋放電（Dielectric Barrier Discharge，DBD）等離子體激勵器放置在Ahmed汽車模型后進行風(fēng)洞試驗，得出通過降低模型的壓差阻力，DBD可起到減阻效果，表明如果要在風(fēng)速不斷增加的情況下起到不錯的減阻效果，需要更高強度的激勵。袁志群等[15]設(shè)計了汽車底部抽吸控制槽及尾部氣流噴射控制槽，研究得出抽吸速度和氣流噴射的速度與角度有關(guān)，而且氣動阻力得到降低，同時進行風(fēng)洞試驗驗證了其準(zhǔn)確性。王靖宇等[16]對表面介質(zhì)阻擋放電（Surface Dielectric Barrier Discharge，SDBD）等離子體激勵器與汽車模型車尾分離流動控制效果進行風(fēng)洞試驗，發(fā)現(xiàn)SDBD激勵器在10 m/s的風(fēng)速和17 kV的峰值電壓下減阻效果最佳。

綜上所述，在降低汽車氣動阻力的措施中，車尾減阻、加裝底部隔板減阻、主動射流減阻技術(shù)具有研究意義。首先，不同種類汽車的尾部氣動力和流場差異明顯，對車尾減阻的應(yīng)用發(fā)出挑戰(zhàn)[17]。其次，汽車高速行駛時，由于構(gòu)造復(fù)雜的汽車底部引起的流場也較為復(fù)雜，從而影響著整車的氣動阻力[15]，所以底部隔板減阻仍具有研究意義。最后，主動射流減阻技術(shù)對于降低汽車空氣阻力來說是較新的研究領(lǐng)域，有待進一步提高。

4.2.2 側(cè)風(fēng)研究分析

汽車行駛速度不斷提高的情況下，外部的側(cè)風(fēng)因素對行駛的汽車具有巨大的影響。側(cè)風(fēng)不僅影響著汽車的動力性還對操作穩(wěn)定性有較大影響，在操作穩(wěn)定性失控的情況下極易發(fā)生安全事故造成人員傷亡。其中側(cè)風(fēng)分為自然側(cè)風(fēng)和環(huán)境側(cè)風(fēng)。

自然側(cè)風(fēng)中對汽車行駛穩(wěn)定性的研究有：江浩等[18]對側(cè)風(fēng)影響下集裝箱半掛車易出現(xiàn)跑偏和折腰現(xiàn)象進行運動求解，并對行駛穩(wěn)定性采用橫擺角速度和折轉(zhuǎn)角有關(guān)的評價標(biāo)準(zhǔn)，依此標(biāo)準(zhǔn)提出了增加行駛穩(wěn)定性和安全的措施。傅立敏等[19]對不同的側(cè)風(fēng)角與車輪靜止或轉(zhuǎn)動進行數(shù)值模擬以研究車輛行駛在側(cè)風(fēng)環(huán)境下對交通安全的影響，發(fā)現(xiàn)側(cè)向力與側(cè)風(fēng)角呈正相關(guān)，車輪轉(zhuǎn)動時的模擬情況精度較高。張甫仁等[20]研究了汽車5種前車窗傾角在側(cè)風(fēng)環(huán)境下的氣流流動分離規(guī)律，其中汽車前車窗傾角在35°時的行駛穩(wěn)定性最好。王德軍等[21]設(shè)計了反步法控制器用來保證汽車在側(cè)風(fēng)環(huán)境下的穩(wěn)定行駛，而且利用MATLAB軟件進行驗證，結(jié)果表明反步法控制器可以在側(cè)風(fēng)環(huán)境下逐步控制汽車的穩(wěn)定性。

環(huán)境側(cè)風(fēng)中對汽車行駛穩(wěn)定性的研究有：龐加斌等[22]以4種典型車輛研究在強側(cè)風(fēng)環(huán)境下的汽車在橋面行駛的安全性問題，結(jié)合橋位風(fēng)速相關(guān)資料與橋梁結(jié)構(gòu)對橋面風(fēng)速的影響提出概率評估方法，發(fā)現(xiàn)行車安全的主要因素與車輛側(cè)滑密不可分，而且側(cè)風(fēng)對大跨度橋塔影響最大。王桂花等[23]以3種類型的汽車為研究對象，使用CFD方法分析了風(fēng)-車-橋耦合系統(tǒng)中的汽車氣動特性，發(fā)現(xiàn)汽車在大跨斜拉橋干路面的速度高達(dá)80～100 km/h時，易發(fā)生傾覆的是大客車與半掛車，易發(fā)生側(cè)滑的是小汽車。李菁等[24]研究了在峽谷大橋與隧道連接段行駛的集裝箱貨車易受到側(cè)風(fēng)帶來的安全威脅，使用CFD分析了側(cè)風(fēng)對氣動力的非穩(wěn)態(tài)影響，并提出孔隙率為0.5、截面形狀為矩形、擋板間隙為0.5 m、高度分別為3 m和4 m的風(fēng)障方案。姜康等[25]分析大跨度橋梁行駛的轎車在側(cè)風(fēng)環(huán)境下的行車安全，依此建立車輛動力學(xué)仿真模型，將行車風(fēng)險評價指標(biāo)設(shè)為側(cè)向偏移，并預(yù)測安全車速，結(jié)果表明該模型效果較好。陳豐等[26]構(gòu)建了橋隧連接段駕駛模擬平臺，招募30名駕駛員進行模擬駕駛貨車與小汽車在6種側(cè)風(fēng)作用下進行行駛穩(wěn)定性對比，并收集反應(yīng)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明易產(chǎn)生側(cè)滑的是小汽車，而在持續(xù)側(cè)風(fēng)作用下廂式貨車會出現(xiàn)嚴(yán)重的側(cè)向偏移。

綜上所述，高速汽車在受到側(cè)風(fēng)的作用時，會引起作用于汽車的氣動力和力矩發(fā)生改變，從而影響汽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性及安全性。因此，研究汽車在側(cè)風(fēng)環(huán)境下的操作穩(wěn)定性，對提高汽車的主動安全性具有重大意義。

4.2.3 氣動噪聲研究分析

汽車高速行駛時會產(chǎn)生氣動噪聲。長時間處于過高的氣動噪聲環(huán)境會使人感到疲憊，會分散駕駛員的注意力和影響乘員的乘坐舒適性。所以對汽車的氣動噪聲進行研究和降噪處理是極有必要的。被動控制與主動控制為汽車氣動噪聲的主要控制方法。在被動控制方法中，有5項應(yīng)用研究。

（1）應(yīng)用于后視鏡氣動噪聲研究

陳鑫等[27]以DrivAer汽車模型的外后視鏡罩為研究對象，研究其減阻降噪機理，將仿生非光滑結(jié)構(gòu)應(yīng)用于外后視鏡罩的造型表面，結(jié)果表明可有效降低氣動阻力和氣動噪聲；童高鵬等[28]為了找到對氣動噪聲的影響最小的后視鏡全景影像鏡頭安裝位置，研究了后視鏡全景影像鏡頭分別安裝在靠近車身處、后視鏡中間處以及遠(yuǎn)離車身處3種方案所引起的氣動噪聲，最后進行實車風(fēng)洞噪聲試驗對比。

（2）應(yīng)用于A柱氣動噪聲研究

王俊等[29]為降低側(cè)風(fēng)下某車型的風(fēng)噪，在A柱加裝裝飾件以達(dá)到效果；王毅剛等[30]為有效控制氣動噪聲，將流條加裝在A柱的上沿渦量方向，其中加裝16個擾流條的方案可達(dá)到效果最佳。

（3）應(yīng)用于冷卻風(fēng)扇氣動噪聲研究

肖紅林等[31]研究大型車輛冷卻風(fēng)扇的風(fēng)扇流量、轉(zhuǎn)速和扇葉數(shù)對氣動噪聲的影響及關(guān)系；朱茂桃等[32]基于正交實驗與RSM對車輛的冷卻風(fēng)扇進行參數(shù)優(yōu)化，并取得良好效果。

（4）應(yīng)用于天窗氣動噪聲研究

谷正氣等[33]對氣動噪聲的CFD仿真歸納出建立模型、劃分網(wǎng)格、進行求解、聲學(xué)后處理4個步驟，并列出將導(dǎo)流片安置在天窗的開口前緣、開啟天窗到合適位置、將一根立柱置與開窗的中間等5種減噪方法；楊振東等[34]基于風(fēng)洞試驗對比有無開槽的天窗擾流器對降噪的效果，驗證開槽的天窗擾流器效果更為明顯。

（5）應(yīng)用于側(cè)窗氣動噪聲研究

吳海波等[35]對汽車后側(cè)窗出現(xiàn)的風(fēng)振現(xiàn)象，進行分析并進行優(yōu)化，最后得到的效果較好且可使汽車的研發(fā)周期和后期風(fēng)洞試驗成本降低；谷正氣等[36]引入一種空氣射流方法對天窗和側(cè)窗進行氣動噪聲的抑制，并對空氣射流結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，對抑制氣動噪聲有明顯效果。

對主動控制方法研究中，袁軍等[37]提出一種基于主控制濾波器變步長以及次級通道在線和離線建模相互轉(zhuǎn)換的主動噪聲控制算法，與已有的算法相比可使降噪量更高；李啟良等[38]建立主動射流模型并進行優(yōu)化，將優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)安裝至汽車模型中并與原模型進行對比，發(fā)現(xiàn)位于后視鏡區(qū)域的渦流強度降低，前側(cè)窗的總聲功率級降低。

綜上所述，被動控制方法的應(yīng)用較多，是目前降低汽車氣動噪聲的常用措施，主要用于解決后視鏡、A柱、側(cè)窗、天窗部件產(chǎn)生的氣動噪聲。其中谷正氣等[36]提出的空氣射流結(jié)構(gòu)對汽車外形基本沒有影響，而且設(shè)計和研究空間較大，其控制方式符合電氣化和智能化發(fā)展趨勢，有較高的市場可行性。相對而言，對氣動噪聲的主動控制方法研究較少，但其方法可有效降低汽車的低頻氣動噪聲，因此可為汽車氣動噪聲優(yōu)化提供了新途徑。

4.3 研究熱點

關(guān)鍵詞突現(xiàn)即某關(guān)鍵詞在某時間段內(nèi)頻次驟增，可體現(xiàn)當(dāng)時的活躍話題。關(guān)鍵詞突現(xiàn)的變化趨勢可反映相關(guān)領(lǐng)域的研究動態(tài)及其發(fā)展趨勢。

對相關(guān)文獻進行關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析，得到關(guān)鍵詞突現(xiàn)強度前25的關(guān)鍵詞如圖6所示。

從關(guān)鍵詞突現(xiàn)的結(jié)果(圖6)來看，關(guān)鍵詞“湍流模型”的突現(xiàn)時間最長，因為在對汽車進行流場數(shù)值模擬分析時常常會用到湍流模型知識。從突現(xiàn)的強度來看，因為汽車空氣動力特性本身就是圍繞汽車來展開的，所以“汽車”的突現(xiàn)強度最高不足為奇。突現(xiàn)強度大于4的有數(shù)值模擬、氣動噪聲、湍流模型、后視鏡、車輛工程和超車，其次大于3的有氣動特性和優(yōu)化。

圖6 突現(xiàn)強度前25的關(guān)鍵詞

從時間上來看，在2000—2001年這2年中，車身、風(fēng)洞試驗和流場是當(dāng)時的研究熱點，其中研究流場的熱度持續(xù)到2003年。研究湍流模型相關(guān)的熱度一直持續(xù)了從2003持續(xù)到2012年。在這10年間，以超車、汽車外形、數(shù)值模擬、會車熱點關(guān)鍵詞不斷被迭代或替換。在2013年到2022年這10年期間，又涌現(xiàn)出了氣動升力、優(yōu)化、風(fēng)阻系數(shù)、遺傳算法熱點關(guān)鍵詞。在近幾年，汽車空氣動力特性的研究熱點有后視鏡、冷卻風(fēng)扇和氣動噪聲方面。

（1）后視鏡研究內(nèi)容包括：優(yōu)化其外型以降低氣動阻力，還可研究由后視鏡引起的氣動噪聲。

（2）對于發(fā)動機艙中的冷卻風(fēng)扇，通過研究冷卻風(fēng)扇的扇葉角度、彎曲度以及風(fēng)扇罩的形狀以達(dá)到更好的冷卻效果或減少風(fēng)扇噪聲。

（3）氣動噪聲的突現(xiàn)強度高達(dá)6.53，是近年來關(guān)注度極高的研究熱點，其研究內(nèi)容有：分析由后視鏡、A柱、車輪罩引起的氣動噪聲，以及基于不同的分析方法對氣動噪聲進行優(yōu)化。

5 總結(jié)與展望

本文以CNKI數(shù)據(jù)庫中2000—2022年的汽車空氣動力特性領(lǐng)域核心及其以上的中文期刊文獻作為樣本，使用CiteSpace軟件對文獻樣本進行圖譜網(wǎng)絡(luò)分析。首先從發(fā)文量、期刊的來源種類、機構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)、學(xué)者的合作網(wǎng)絡(luò)方面進行分析，對國內(nèi)汽車空氣動力特性的研究進行了簡單概括。最后通過關(guān)鍵詞的頻次分析、聚類分析、突現(xiàn)分析對該領(lǐng)域的研究趨勢和熱點話題進行分析。結(jié)論如下：

（1）從發(fā)文量統(tǒng)計來看，以“汽車空氣動力特性”為主題的研究持續(xù)受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注。從機構(gòu)與學(xué)者的合作網(wǎng)絡(luò)來看，目前大多數(shù)機構(gòu)和學(xué)者對湖南大學(xué)及其相關(guān)國家重點實驗室、吉林大學(xué)及其相關(guān)國家重點實驗室等和同濟大學(xué)及其相關(guān)重點實驗室有較多的科研合作，那些發(fā)文量較多的學(xué)者大多數(shù)也是依賴與這3個機構(gòu)，說明汽車空氣動力特性領(lǐng)域的研究對實驗室方面存在較強的依賴性。

（2）從研究趨勢與熱點來看，汽車空氣動力特性研究的領(lǐng)域主要涵蓋3個方面，分別是氣動阻力、側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性、氣動噪聲。在研究降低氣動阻力方面，認(rèn)為車尾減阻、加裝底部隔板減阻、主動射流減阻3種方法具有重大研究意義。在側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性方面，汽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性關(guān)系到人身安全，所以在汽車空氣動力特性研究領(lǐng)域中一直極為重要。在氣動噪聲方面，認(rèn)為主動控制措施將成為未來的一個新的研究途徑，空氣射流方法也將成為一種新的研究方向。