馬帥威

（重慶交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074）

主題詞：空氣動(dòng)力特性 汽車 研究脈絡(luò) CiteSpace

1 前言

汽車空氣動(dòng)力特性是汽車的重要性能，它是指汽車在流場(chǎng)所受到的以阻力為主的包括升力、側(cè)向力的氣動(dòng)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(dòng)噪聲特性[1]。隨著高等級(jí)公路的發(fā)展和汽車行駛速度的提高，對(duì)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(dòng)力特性的汽車，可提高汽車的操作穩(wěn)定性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。降低汽車的氣動(dòng)噪聲，可保障乘坐舒適性。

本文將基于汽車空氣動(dòng)力特性領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，通過文獻(xiàn)計(jì)量分析的方式對(duì)該領(lǐng)域現(xiàn)有的研究及其未來研究趨勢(shì)進(jìn)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(guó)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(yùn)行的科學(xué)文獻(xiàn)計(jì)量自動(dòng)化軟件CiteSpace，是一個(gè)面向科研評(píng)價(jià)領(lǐng)域的常用可視化分析工具，是專門針對(duì)科研文獻(xiàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的可視化分析軟件。此軟件可以挖掘已有文獻(xiàn)的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律。通過對(duì)文獻(xiàn)檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行共現(xiàn)、被引頻次、時(shí)區(qū)分布等一系列的分析，得出科學(xué)的、客觀的評(píng)價(jià)[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(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行知識(shí)圖譜分析。

2.2 數(shù)據(jù)來源

以中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）中收錄的期刊庫(kù)檢索結(jié)果來進(jìn)行分析。檢索條件為：高級(jí)檢索；主題包括：汽車空氣動(dòng)力特性、空氣動(dòng)力學(xué)、流場(chǎng)、氣動(dòng)、風(fēng)振、氣阻；檢索時(shí)間設(shè)置為“2000年到不限”；來源類別選擇如表1所示。檢索時(shí)間為2022年7月1日。進(jìn)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(jī)構(gòu)和研究學(xué)者方面對(duì)研究現(xiàn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其次通過關(guān)鍵詞頻次及聚類分析網(wǎng)絡(luò)對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行圖譜分析，最后通過關(guān)鍵詞突現(xiàn)展現(xiàn)汽車空氣動(dòng)力特性領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。

3 文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析

3.1 發(fā)文量統(tǒng)計(jì)

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

由圖1可知，汽車空氣動(dòng)力特性研究的發(fā)文量從整體來看呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。在2010年發(fā)文量陡增是由于“21屆道路和軌道車輛動(dòng)力學(xué)國(guó)際研討會(huì)”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(guó)汽車工程學(xué)會(huì)主辦的“首屆汽車空氣動(dòng)力學(xué)研討會(huì)”成功舉辦。由于本文僅統(tǒng)計(jì)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(shì)。說明以“汽車空氣動(dòng)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(dòng)力特性研究發(fā)文量趨勢(shì)

3.2 期刊來源類別分布統(tǒng)計(jì)

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

表2 期刊來源類別分布

統(tǒng)計(jì)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(jí)一定程度上反映了該領(lǐng)域文獻(xiàn)的學(xué)術(shù)權(quán)威性，可通過文獻(xiàn)的來源評(píng)價(jià)該文獻(xiàn)的學(xué)術(shù)價(jià)值。將空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)文量30篇及以上的期刊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表3所示。

表3 期刊空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)文30篇及以上統(tǒng)計(jì)

從表3可以看出空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)文量最多的期刊多為EI級(jí)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(dòng)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(jí)別期刊的復(fù)合影響因子較高，對(duì)該領(lǐng)域的研究具有重要的參考意義。

3.3 機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析

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

由圖2可知，各研究機(jī)構(gòu)間的合作關(guān)系相對(duì)較弱，僅形成3個(gè)相對(duì)來說合作較強(qiáng)的集群，分別為以湖南大學(xué)及其相關(guān)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)為主的集群、以吉林大學(xué)及其相關(guān)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)為主的集群和以同濟(jì)大學(xué)及其相關(guān)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)為主的集群。說明該領(lǐng)域的研究對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室具有一定的依賴性。

圖2 研究機(jī)構(gòu)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)

對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)文量在15篇及以上的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。如表4所示，可以了解到研究發(fā)文量較多的機(jī)構(gòu)多為實(shí)驗(yàn)室及一些高校。其中國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”為名義的發(fā)文量獨(dú)占鰲頭。其余機(jī)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(dòng)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(diǎn)擔(dān)任其它節(jié)點(diǎn)的中介作用程度）大于0.1的有：湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、吉林大學(xué)汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、吉林大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、武漢理工大學(xué)，這表明這些機(jī)構(gòu)與其它機(jī)構(gòu)的合作較多，在機(jī)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(dòng)力學(xué)發(fā)文15篇以上的機(jī)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(dòng)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(duì)2000—2022年學(xué)者合作關(guān)系及發(fā)文量進(jìn)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(dòng)力學(xué)發(fā)文量的多少與節(jié)點(diǎn)大小有關(guān)，節(jié)點(diǎn)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(qiáng)度，線的顏色表示學(xué)者首次的合作時(shí)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(gè)合作較強(qiáng)的群體。

圖3 研究學(xué)者合作網(wǎng)絡(luò)

從空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)文量來看(表5)，以谷正氣為首的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)文量最高，其發(fā)布文獻(xiàn)多數(shù)署名機(jī)構(gòu)為“湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”；其次，以楊志剛為首的科研團(tuán)隊(duì)其發(fā)布期刊多數(shù)署名機(jī)構(gòu)為“同濟(jì)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(tuán)隊(duì)其發(fā)布期刊多數(shù)署名機(jī)構(gòu)為“吉林大學(xué)汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”。由此可見，學(xué)術(shù)論文的先行者大多依托于國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(shì)與熱點(diǎn)分析

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

4.1 關(guān)鍵詞頻次分析

對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵詞頻次分析，得到相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。共得到473個(gè)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(dòng)力特性的研究和試驗(yàn)方法的關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬、CFD、風(fēng)洞試驗(yàn)等，以及研究?jī)?nèi)容的關(guān)鍵詞：氣動(dòng)噪聲、氣動(dòng)阻力、側(cè)風(fēng)、外流場(chǎng)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(duì)特定領(lǐng)域中的專有術(shù)語或背景分類進(jìn)行標(biāo)識(shí)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€(gè)結(jié)構(gòu)化集群，突出相關(guān)知識(shí)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(duì)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(shí)，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(diǎn)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(shí)，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(shí)，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(dòng)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(duì)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(gè)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(shí)間圖譜。在圖5中，最頂層為時(shí)間軸，時(shí)間遞進(jìn)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(shí)間軸的演進(jìn)可以看到某一聚類的研究和演進(jìn)過程。圖5中關(guān)鍵詞的連線終點(diǎn)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(diǎn)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(gè)集群，可看出是以汽車為研究對(duì)象，以數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)為主要研究手段，向氣動(dòng)阻力、側(cè)風(fēng)、氣動(dòng)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(dòng)阻力、側(cè)風(fēng)、氣動(dòng)噪聲的文獻(xiàn)來研究汽車空氣動(dòng)力特性的主題脈絡(luò)。

圖5 關(guān)鍵詞聚類時(shí)間線圖譜

4.2.1 氣動(dòng)阻力研究分析

在氣動(dòng)阻力領(lǐng)域中主要研究如何進(jìn)行減阻。控制氣動(dòng)阻力的方法主要分為被動(dòng)控制方法和主動(dòng)控制方法。被動(dòng)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(dòng)附件：加裝底部隔板、形態(tài)仿生的擾流板、導(dǎo)流板等。

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

被動(dòng)控制減阻方法優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)且應(yīng)用廣泛，缺點(diǎn)是控制效率較低而且在進(jìn)行優(yōu)化汽車部件和加裝氣動(dòng)附件時(shí)，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(duì)車輪在不同工況下的氣動(dòng)特性進(jìn)行CFD仿真與風(fēng)洞試驗(yàn)分析，探討了車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所引起的流場(chǎng)作用機(jī)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(dòng)阻力。楊小龍等[7]對(duì)貨車的尾部上翹角進(jìn)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(duì)不同形狀的汽車尾部與其產(chǎn)生的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)阻力進(jìn)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(dòng)附件方面，胡興軍等[9]對(duì)貨車的底部隔板進(jìn)行研究，通過在貨車簡(jiǎn)化模型上加裝不同的底部隔板進(jìn)行對(duì)比，分析了加裝前后的氣動(dòng)阻力系數(shù)及流動(dòng)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(jìn)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(duì)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(jìn)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(dòng)控制減阻方法在汽車上的應(yīng)用較少，其優(yōu)點(diǎn)是在可在極小或不改變汽車形狀的情況下進(jìn)行控制減阻，而且是實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的；缺點(diǎn)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(dòng)控制減阻的方法有：楊易等[12]將噴射速度可變的主動(dòng)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(shī)等[13]通過大渦模擬仿真方法研究合成射流激勵(lì)頻率對(duì)車輛氣動(dòng)阻力的影響，分析出合成射流激勵(lì)的不同頻率可以實(shí)現(xiàn)車輛減阻效果，而且不同激勵(lì)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(lì)器放置在Ahmed汽車模型后進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，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(cuò)的減阻效果，需要更高強(qiáng)度的激勵(lì)。袁志群等[15]設(shè)計(jì)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(dòng)阻力得到降低，同時(shí)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性。王靖宇等[16]對(duì)表面介質(zhì)阻擋放電（Surface Dielectric Barrier Discharge，SDBD）等離子體激勵(lì)器與汽車模型車尾分離流動(dòng)控制效果進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)SDBD激勵(lì)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(dòng)阻力的措施中，車尾減阻、加裝底部隔板減阻、主動(dòng)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(dòng)力和流場(chǎng)差異明顯，對(duì)車尾減阻的應(yīng)用發(fā)出挑戰(zhàn)[17]。其次，汽車高速行駛時(shí)，由于構(gòu)造復(fù)雜的汽車底部引起的流場(chǎng)也較為復(fù)雜，從而影響著整車的氣動(dòng)阻力[15]，所以底部隔板減阻仍具有研究意義。最后，主動(dòng)射流減阻技術(shù)對(duì)于降低汽車空氣阻力來說是較新的研究領(lǐng)域，有待進(jìn)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(duì)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(dòng)力性還對(duì)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(duì)汽車行駛穩(wěn)定性的研究有：江浩等[18]對(duì)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(jìn)行運(yùn)動(dòng)求解，并對(duì)行駛穩(wěn)定性采用橫擺角速度和折轉(zhuǎn)角有關(guān)的評(píng)價(jià)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(duì)不同的側(cè)風(fēng)角與車輪靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬以研究車輛行駛在側(cè)風(fēng)環(huán)境下對(duì)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(dòng)時(shí)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(dòng)分離規(guī)律，其中汽車前車窗傾角在35°時(shí)的行駛穩(wěn)定性最好。王德軍等[21]設(shè)計(jì)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(jìn)行驗(yàn)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(duì)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(qiáng)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(duì)橋面風(fēng)速的影響提出概率評(píng)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(duì)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(duì)象，使用CFD方法分析了風(fēng)-車-橋耦合系統(tǒng)中的汽車氣動(dòng)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(shí)，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(duì)氣動(dòng)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(dòng)力學(xué)仿真模型，將行車風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)為側(cè)向偏移，并預(yù)測(cè)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(tái)，招募30名駕駛員進(jìn)行模擬駕駛貨車與小汽車在6種側(cè)風(fēng)作用下進(jìn)行行駛穩(wěn)定性對(duì)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(huì)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(shí)，會(huì)引起作用于汽車的氣動(dòng)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(duì)提高汽車的主動(dòng)安全性具有重大意義。

4.2.3 氣動(dòng)噪聲研究分析

汽車高速行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲。長(zhǎng)時(shí)間處于過高的氣動(dòng)噪聲環(huán)境會(huì)使人感到疲憊，會(huì)分散駕駛員的注意力和影響乘員的乘坐舒適性。所以對(duì)汽車的氣動(dòng)噪聲進(jìn)行研究和降噪處理是極有必要的。被動(dòng)控制與主動(dòng)控制為汽車氣動(dòng)噪聲的主要控制方法。在被動(dòng)控制方法中，有5項(xiàng)應(yīng)用研究。

（1）應(yīng)用于后視鏡氣動(dòng)噪聲研究

陳鑫等[27]以DrivAer汽車模型的外后視鏡罩為研究對(duì)象，研究其減阻降噪機(jī)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(dòng)阻力和氣動(dòng)噪聲；童高鵬等[28]為了找到對(duì)氣動(dòng)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(dòng)噪聲，最后進(jìn)行實(shí)車風(fēng)洞噪聲試驗(yàn)對(duì)比。

（2）應(yīng)用于A柱氣動(dòng)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(dòng)噪聲，將流條加裝在A柱的上沿渦量方向，其中加裝16個(gè)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(dòng)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(duì)氣動(dòng)噪聲的影響及關(guān)系；朱茂桃等[32]基于正交實(shí)驗(yàn)與RSM對(duì)車輛的冷卻風(fēng)扇進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，并取得良好效果。

（4）應(yīng)用于天窗氣動(dòng)噪聲研究

谷正氣等[33]對(duì)氣動(dòng)噪聲的CFD仿真歸納出建立模型、劃分網(wǎng)格、進(jìn)行求解、聲學(xué)后處理4個(gè)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(yàn)對(duì)比有無開槽的天窗擾流器對(duì)降噪的效果，驗(yàn)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(dòng)噪聲研究

吳海波等[35]對(duì)汽車后側(cè)窗出現(xiàn)的風(fēng)振現(xiàn)象，進(jìn)行分析并進(jìn)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(yàn)成本降低；谷正氣等[36]引入一種空氣射流方法對(duì)天窗和側(cè)窗進(jìn)行氣動(dòng)噪聲的抑制，并對(duì)空氣射流結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)抑制氣動(dòng)噪聲有明顯效果。

對(duì)主動(dòng)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(zhǎng)以及次級(jí)通道在線和離線建模相互轉(zhuǎn)換的主動(dòng)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(dòng)射流模型并進(jìn)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(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)位于后視鏡區(qū)域的渦流強(qiáng)度降低，前側(cè)窗的總聲功率級(jí)降低。

綜上所述，被動(dòng)控制方法的應(yīng)用較多，是目前降低汽車氣動(dòng)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(dòng)噪聲。其中谷正氣等[36]提出的空氣射流結(jié)構(gòu)對(duì)汽車外形基本沒有影響，而且設(shè)計(jì)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(shì)，有較高的市場(chǎng)可行性。相對(duì)而言，對(duì)氣動(dòng)噪聲的主動(dòng)控制方法研究較少，但其方法可有效降低汽車的低頻氣動(dòng)噪聲，因此可為汽車氣動(dòng)噪聲優(yōu)化提供了新途徑。

4.3 研究熱點(diǎn)

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

對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析，得到關(guān)鍵詞突現(xiàn)強(qiáng)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(shí)間最長(zhǎng)，因?yàn)樵趯?duì)汽車進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬分析時(shí)常常會(huì)用到湍流模型知識(shí)。從突現(xiàn)的強(qiáng)度來看，因?yàn)槠嚳諝鈩?dòng)力特性本身就是圍繞汽車來展開的，所以“汽車”的突現(xiàn)強(qiáng)度最高不足為奇。突現(xiàn)強(qiáng)度大于4的有數(shù)值模擬、氣動(dòng)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(dòng)特性和優(yōu)化。

圖6 突現(xiàn)強(qiáng)度前25的關(guān)鍵詞

從時(shí)間上來看，在2000—2001年這2年中，車身、風(fēng)洞試驗(yàn)和流場(chǎng)是當(dāng)時(shí)的研究熱點(diǎn)，其中研究流場(chǎng)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(huì)車熱點(diǎn)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(dòng)升力、優(yōu)化、風(fēng)阻系數(shù)、遺傳算法熱點(diǎn)關(guān)鍵詞。在近幾年，汽車空氣動(dòng)力特性的研究熱點(diǎn)有后視鏡、冷卻風(fēng)扇和氣動(dòng)噪聲方面。

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

（2）對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)噪聲的突現(xiàn)強(qiáng)度高達(dá)6.53，是近年來關(guān)注度極高的研究熱點(diǎn)，其研究?jī)?nèi)容有：分析由后視鏡、A柱、車輪罩引起的氣動(dòng)噪聲，以及基于不同的分析方法對(duì)氣動(dòng)噪聲進(jìn)行優(yōu)化。

5 總結(jié)與展望

本文以CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中2000—2022年的汽車空氣動(dòng)力特性領(lǐng)域核心及其以上的中文期刊文獻(xiàn)作為樣本，使用CiteSpace軟件對(duì)文獻(xiàn)樣本進(jìn)行圖譜網(wǎng)絡(luò)分析。首先從發(fā)文量、期刊的來源種類、機(jī)構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)、學(xué)者的合作網(wǎng)絡(luò)方面進(jìn)行分析，對(duì)國(guó)內(nèi)汽車空氣動(dòng)力特性的研究進(jìn)行了簡(jiǎn)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(duì)該領(lǐng)域的研究趨勢(shì)和熱點(diǎn)話題進(jìn)行分析。結(jié)論如下：

（1）從發(fā)文量統(tǒng)計(jì)來看，以“汽車空氣動(dòng)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(jī)構(gòu)與學(xué)者的合作網(wǎng)絡(luò)來看，目前大多數(shù)機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)湖南大學(xué)及其相關(guān)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、吉林大學(xué)及其相關(guān)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等和同濟(jì)大學(xué)及其相關(guān)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(gè)機(jī)構(gòu)，說明汽車空氣動(dòng)力特性領(lǐng)域的研究對(duì)實(shí)驗(yàn)室方面存在較強(qiáng)的依賴性。

（2）從研究趨勢(shì)與熱點(diǎn)來看，汽車空氣動(dòng)力特性研究的領(lǐng)域主要涵蓋3個(gè)方面，分別是氣動(dòng)阻力、側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性、氣動(dòng)噪聲。在研究降低氣動(dòng)阻力方面，認(rèn)為車尾減阻、加裝底部隔板減阻、主動(dòng)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(dòng)力特性研究領(lǐng)域中一直極為重要。在氣動(dòng)噪聲方面，認(rèn)為主動(dòng)控制措施將成為未來的一個(gè)新的研究途徑，空氣射流方法也將成為一種新的研究方向。