新能源汽車技術研發過程的演化博弈分析

王　榮，汪張林

(安徽工程大學 管理工程學院，安徽 蕪湖 241000)

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新能源汽車技術研發過程的演化博弈分析

王榮，汪張林

(安徽工程大學 管理工程學院，安徽 蕪湖 241000)

摘要：將新能源汽車技術從研發到應用的過程劃分為三個階段，并以此為基礎構建新能源汽車技術研發過程中政府及相關企業的收益矩陣，運用博弈演化模型，得出技術研發過程中的兩種穩定狀態，結果表明初始投入、專利轉化率、收益分配率等因素都可能對演化過程產生影響，最后依據結論提出相關的建議，以促進良性新能源汽車技術研發局面的形成。

關鍵詞：新能源汽車；演化博弈；三階段；技術研發

1研究背景

1.1新能源汽車政策變化

伴隨著經濟的持續發展，化石燃料消耗量的增加隨之產生的環境問題也越來越嚴重，暖冬、霧霾等天氣現象頻繁發生嚴重影響了公眾的身體健康和日常出行，隨著公眾對環境污染的日益重視，以新能源汽車為代表的環保型產品得到了更多的重視。

2001至2005年之間，政府出臺了一系列的政策：2001年“863計劃”提出了構建“三縱三橫”的新能源汽車未來發展規劃[1]。2004年開始從長期發展的角度對新能源汽車的發展進行規劃，明確了進一步優化新能源汽車產業格局，提高新能源汽車市場占有率的目標，國家投入20億元資助新能源汽車的發展。此后我國的新能源汽車相關專利數量大體保持增長的趨勢，與此同時結合降低碳排放量的最終目標開始對新能源汽車的技術重點進行調整，從原來的混合動力汽車逐步向電動汽車傾斜。2009年開始在10個城市進行試點從公交系統入手推廣新能源汽車，于此同時新能源汽車的技術領域也開始出現一定的變化，對純電動汽車的技術研發開始超過混合動力汽車成為現階段我國新能源汽車技術研發的熱點[2]。在《中國制造2025》，十三五規劃中都強調了新能源汽車的重要性。在我國政府不斷鼓勵對新能源汽車技術研發的同時，國外的汽車企業在我國的新能源汽車專利申請量也開始增加，以日本的申請量最為突出。

在我國新能源汽車技術研發的過程中，政府的重視及補貼是研發的重要推動力，政府的補貼對行業的影響效應顯著，現有的補貼政策一般為直接或間接兩種方式，企業在研發前或研發后進行申報，政府進行審評給予一定程度的研發補貼，這種方式通常是直接的；間接補貼的方式通常通過退稅免稅的方式進行。新能源汽車的技術還不成熟，隨著公眾環保意識的進一步增強，可以預期未來新能源汽車擁有廣闊的市場。

1.2新能源汽車技術發展趨勢

產品的開發離不開技術的支撐，專利是對技術成果進行保護的一種重要方式，因此在進行研究時常常采用專利數量或申請量代表技術研發成果。以我國新能源汽車為例，從世界范圍來看，我國對新能源汽車的研發起步較早，早在20世紀 90年代就申請了新能源汽車的相關專利，但此后一段時期內相關的技術研究發展緩慢，僅有少量的申請人進行了新能源汽車專利的申請。但新能源汽車專利在2005年前后出現增加，表現為相關領域專利申請人和申請量均出現了較大幅度增加。依據國家知識產權局的數據，我國新能源汽車專利集中在B60，H02，H01,F16領域，表明對新能源汽車的技術研發重點集中在整車技術，電池技術，傳動技術上，其中59.03%的專利為發明專利，剩余40.97%為實用新型專利，同國外專利相比發明專利所占的比重較低，我國新能源汽車技術的質量較低。我國新能源汽車技術發展的初期重點集中在混合動力汽車上，隨著技術研發的深入開始對純電動汽車進行技術研發，目前對燃料電池汽車的技術研發還停留在起步階段。現階段純電動汽車是技術研發的重點領域，從世界范圍來看，電動汽車已有較為成功的應用案例。新能源汽車技術的發展是一個漸進的過程，在進行技術研發時應當同時兼顧短期目標同長期策略的選擇，避免出現單純追求技術而忽視應用性和可操作性的情況[3]。

新能源汽車的推廣離不開其自身技術的發展，在技術研發的過程中企業同政府均扮演著重要的角色，雙方在新能源汽車技術研發的過程中均發揮著一定的作用，因此在進行研究時將政府同企業均作為活動的參與方。

1.3研究方法的選擇

運用博弈論對參與者的行為進行預測是一種比較成熟的研究方式，但傳統的博弈中參與雙方是理性地尋求的是最優解，實際應用往往無法滿足其假設，演化博弈論將演化生物學的思想同博弈論相結合，通過對演化收斂過程的研究發現可能的穩定狀態[4]。將演化博弈論運用于社會習慣，制度規范的分析已取得了較好的成效，如潘峰運用演化博弈分析了地方政府同中央政府在進行環境法規執行和監督過程中的演化過程得出多種情況下的雅克比矩陣，結果表明政績考核的權重，中央政府的政策均會影響演化的發展方向[5]。柏方云將博弈演化運用于節能減排政策的研究，研究發現系統收斂于兩種狀態，其一中央政府同地方政府均積極參與節能減排這一過程，其二雙方均采取消極的態度應對，并從建立健全獎勵機制的角度出發提出了相關的政策建議[6]。通過對現有研究的分析，發現運用演化博弈對一方參與者為政府的博弈過程進行研究存在一定的現實意義，在后續研究中，利用演化博弈的方法，分析新能源汽車技術研發過程中政府同企業的投入對新能源汽車技術研發過程的影響。

2模型的假設及構建

2.1模型的假設

假設1：企業進行自主研發，對技術研發采取積極的態度，對技術研發進行足額的資金投入，但新能源汽車技術仍處于不成熟階段，沒有形成統一的技術標準，研發過程中的影響因素較多，企業進行技術研發的積極性可能受到現有技術和市場壞境的影響而改變，因此可能出現2種不同的結果：(1)積極進行技術研發，概率為x(2)停止進行技術研發，選擇模仿或抄襲，概率為1-x。

假設2：新能源汽車作為新興的戰略產業，國家大力提倡。政府在新能源汽車技術的發展過程中也扮演著重要的角色，政府通過對研發企業進行補貼或稅收優惠影響新能源汽車的技術研發過程，但在進行技術研發補貼的過程中，企業占據信息優勢，這直接導致在新能源汽車技術研發補貼中政府處于不利地位。企業研發投入力度的不同，研發技術領域的不同，補貼的力度也應有所改變，但政府難以完全掌握企業內部技術研發的情況，可能影響補貼的效果，從而促使政府減少補貼力度和范圍，可能出現2種結果(1)積極支持技術研發，采用高額補貼，概率為y;(2)降低補貼力度，企業實際能獲得的補貼較少，概率為1-y。

假設3：將新能源汽車的生產過程劃分為三個階段，分別為進行技術研發，獲得專利成果，成果實際應用于新能源汽車中。從研發到實際運用專利技術離不開研發企業和政府的共同努力，因而假設：當雙方都積極地投入到新能源汽車技術的研發中，研發是最為高效的；當有一方對新能源汽車技術的研發持觀望態度，相關技術研發過程的效率會降低：當雙方均采取消極的態度對待技術研發則其研發轉化為專利成果的可能性最低。在僅有單一參與方積極進行研發投入時，積極的一方將承擔進行技術研發所付出的成本。受到技術類型、市場環境、客戶需求等因素變化的影響，專利成果實際運用的過程中也存在著一定的風險，假設專利的市場轉化率為a，該比率不受參與雙方研發意愿高低的影響。取得的收益將在參與雙方間以一定的比率進行分配。其過程如圖1所示，其中α>β>γ。

圖1　新能源汽車技術研發過程

2.2模型的構建及結果

在分析過程中，以C1表示研發企業積極進行新能源汽車技術研發所產生的額外成本，C1包含了設備、人員、資金、精力等各項投入；C2表示政府積極地鼓勵技術研發所投入的成本，包涵直接的研發津貼、間接的退稅補貼等。新能源汽車技術具有較長的生命周期，企業在對技術進行保護時往往采用專利的方式，因而可以使用專利的市場轉化率來代表技術的市場轉化率[7]，企業獲得技術研發帶來的收益只有透過產品才能實現，獲得新能源汽車專利后還面臨著專利市場化的風險，假設專利成功市場化的概率為a且保持不變。S表示進行新能源汽車生產獲得的收益，ΔS表示成功進行技術研發所能代來的額外收益，獲得專利授權的技術受到法律法規的保護，可以獲得一定的壟斷利益，其收益高于S的差值即為ΔS。新能源汽車作為商品同時具備經濟性和環保性的雙重特征，因此新能源汽車的收益既包含可直接計量的經濟利益，也包含因減少環境污染而增加的社會效應，因此新能源汽車的收益可在生產銷售企業和政府間經進行分配，假設其分配比例為b:1-b，其大小受市場環境、消費者認可度、汽車的環保性等多方面的因素影響。

表1　新能源汽車技術研發博弈的收益矩陣

根據技術研發的收益矩陣，及相關理論，對企業積極進行技術研發時的期望收益Ex進行計算，結果如下：

Ex=y[aα(S+ΔS)b-C1]+(1-y)[aβ(S+ΔS)b-C1]=a(β+αy-βy) (S+ΔS)b-C1

(1)

同理，當企業不對技術研發進行投入時預期的收益E1-X為：

E1-X=yaβ(S+ΔS)b+(1-y)aγ(S+ΔS)b=a(γ+βy-γy)(S+ΔS)b

(2)

企業的平均收益為：

(3)

基于演化博弈論相關理論，得出企業進行技術研發的復制動態方程為：

(4)

同理，可得政府進行技術補貼的復制動態方程：

(5)

(6)

對方程組進行求解可得到新能源汽車技術研發動態演化系統的平衡點：E1=(0，0)，E2=(1，0)，E3=(1，1)，E4=(0，1)，E5=(X，Y)

對復制動態方程系統的雅可比矩陣進行分析，可以得到技術研發及補貼的局部穩定解。局部穩定解的雅可比矩陣行列式大于0，而矩陣的跡小于0即主對角線各元素相加小于0，對方程組(6)中的x，y分別進行求導，得到技術研發投入的雅可比矩陣：

對所求的五個平衡點雅克比矩陣的值和跡進行計算，得出結果如表2

表2　五個平衡點雅克比矩陣行列式及跡的值

其中E1，E3符合平衡點穩定的條件，滿足矩陣行列式大于0，跡小于0，這一結果該演化博弈過程存在兩個局部穩定點E1，E3。E2，E4兩點的行列式值及跡的值均大于0，為不穩定點。E5的跡的值為0，E5為鞍點。

圖2　技術研發動態演化結果圖

對結果進行進一步分析，在新能源汽車企業及政府的技術研發投入的博弈演化中，該系統最終可能收斂于兩種狀態，其一，當初始狀態位于量不均衡點同鞍點構成的區域即E4E5E2E3區域時，演化博弈的最終結果將穩定于E3=(1，1)，表示新能源汽車研發企業積極進行技術研發同時政府對研發行為采取較大的補助力度，雙方形成技術研發的良性狀態；相反當初始狀態位于E4E1E2E5區域內時，演化博弈將穩定于E1=(0，0)點，E1點表明新能源汽車企業不進行技術研發的投入，同時政府的補貼意愿也較低，這種情況下企業的技術大多來自盜用或購買，面臨較大的專利風險，不利于我國新能源汽車獲得技術優勢，是一種效果極差的穩點狀態。

3結果的討論與分析

通過運用演化博弈的思想可知，企業和政府進行新能源汽車技術研發時參數值不同將影響演化的結果，初始狀態所處的區域將直接影響演化的后續進程，因此如果E2E5E3E4的面積較大的話，系統收斂于E3=(1，1)的概率更大，更有可能形成積極的穩定狀態，沿著E5E3的路徑穩定于E3點，相反如E1E2E5E4的區域較大則初始的研發補貼狀態更有可能位于鞍點的左下方，博弈將朝著(0，0) 點發展，如果E5點位于E1E3，E2E4的交點之上則兩部分區域的面積相同，意味著相E1，E3發展的概率相等，E5點坐標為

E5E2E3E4的面積為

(7)

將X，Y代入結果中計算結果為

(8)

對結果進行分析E5E2E3E4的大小與α，β，γ，C1，C2，a，b，ΔS的大小有關，由于b大于等于0，小于等于1，因此當C1、C2的值減小時，區域面積將增大，ΔS擴大時區域面積也將增大，且不同的專利轉化率的向度變化也會影響結果，當α，γ增大時面積將增大，而β值增大將減小面積，如積極進行技術研發能顯著提高專利轉化率則會增大參與方進行投入的概率，此外進行新能源汽車技術研發獲得的收益在企業同政府間進行分配的比重b與面積的變化呈現非單調的特性，其對區域面積大小變化的影響受C1，C2，S,ΔS之間相對大小的影響，結果表明，企業同政府進行技術研發花費的成本越低，雙方進行技術研發的顧慮會更少，額外收益ΔS越大，成功進行技術研發后可進行分配的總收益將越大，越能夠刺激雙方對技術研發采取積極的態度。新能源汽車專利成功市場化的概率a越高，專利技術就越有可能轉化為實際利益，市場轉換率越高E5E2E3E4的面積會更大。

進行新能源技術研發離不開相關企業同政府的共同參與，企業進行技術研發雖然客觀上起到了降低碳排放量的作用，但追求產品銷售所帶來的經濟利益才是企業的最終目的，政府對進行新能源汽車技術研發的企業進行補貼，是對企業進行技術研發的鼓勵，但政府更看重的是其背后所能蘊含的社會效益，因此如果進行技術研發獲得的收益大部分以社會效益體現，即在收益分配中政府所占比重更大，企業較少或不能獲利，則企業進行新能源汽車技術研發的積極性就會極大的降低，在極端情況下b=0，新能源汽車技術研發的收益全部流向政府，此時企業對技術研發采取積極地態度將會損失研發成本C1，此時不進行技術研發將成為企業的最優選擇。相反如b=1，此時進行新能源汽車技術研發的收益全部流向研發企業，政府將損失進行技術研發補貼的費用C2，且社會效應并未增大，政府會選擇降低對企業進行新能源汽車技術研發的補貼投入。

在0至1的范圍之間b應當存在一個最優值，假設當分配比為b*時E5E2E3E4的面積最大，此時S對b的導數為零

(9)

當C1> 2C2時Δ=8C22-4C1C2 < 0 方程無實根，因此為保證存在最優解，C1需小于2C2，即在進行新能源汽車技術研發過程不能單純要求企業進行投入，這是由新能源汽車自身具備社會效益和經濟效益雙重特性所決定的。當滿足條件C1≤2C2時，方程(9)存在解

4相關結論與建議

新能源汽車技術研發所帶來的收益由經濟利益和社會效益兩方面構成，成功的技術研發可以幫助企業擴大市場份額，而通過對進行新能源汽車技術研發的企業進行補貼政府可以擴大其社會效應，新能源汽車的推廣離不開相關技術的發展，成熟的技術是進行推廣的基礎，技術的研發往往要花費大量的精力和資金，政府的補貼可以促進企業的技術研發，但在新能源汽車的技術研發中，企業擁有信息優勢，政府幾乎不可能對技術的研發程度，實際投入進行準確估計，對企業實際投入進行評估也很難取得理想效果，信息的不對稱，使得政府進行補貼往往無法達到預期目標，這種情況可能會降低政府進行技術研發補貼的力度。

對新能源汽車技術研發過程中研發企業和政府進行演化博弈分析，研究結果表明，參與雙方的初始狀態會對演化的結果產生影響，直接和間接政府補貼的依據均來自企業的申請，在進行補貼時政府擁有決策權但其決策的依據來自企業，存在著一定程度的信息不對稱，這種信息的不對稱會降低政府進行補貼的效果。

新能源汽車技術研發中初始投入C1、C2的值越小，越有可能形成企業積極進行新能源汽車技術研發，政府大力進行補貼的良性穩點狀態。這一結果提示在進行研發時應降低研發成本，這意味著企業應對技術研發過程進行有效管理，降低不必要的成本以保證研發的持續進行。雖然進行技術研發的投入越低越能夠促進積極的技術研發，但如果進行技術研發的投入過低，取得研發成果的可能性也越小，因此在進行新能源汽車技術研發的過程中，應當加強企業同政府的溝通，雙方可以針對新能源汽車技術研發過程中的信息進行交換，降低信息不透明帶來的成本增加，促進企業進行新能源汽車技術研發，形成良性狀態。

進行技術研發所獲得的額外收益的增多，專利的市場轉化率的提高，都能有效激勵雙方進行技術研發投入，研究結果同經驗相符。額外收益同市場轉化率的提高要求企業能夠正確把握市場的需求。此外新能源汽車技術研發收益的分配率也是影響雙方進行技術研發的積極性，分配比率過于傾向于某一方都會降低另一方的投入，分配的比率同雙方初始研發投入相關，保證分配比例的均衡將促進良性研發狀態的形成，助力我國新能源汽車技術的進一步發展。

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[責任編輯：崔海瑛]

Evolutionary Game Analysis on Research of New Energy Vehicle

WANG Rong，WANG Zhang-lin

(School of Management，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China)

Abstract：Divided the process of the research and application of the energy vehicle technology into three stages. Based on evolution game theory find two kinds of steady state in the process of research. The results turns out that initial investment, conversion rate of patent, distribution rate of income can affect the process. In the end suggestions were given in order to promote the research of new energy technology.

Key words:New energy vehicle ; evolutionary game theory ; three stages ; technology research.

作者簡介：王榮(1991-)，女，河南安陽人，碩士研究生，從事知識產權管理研究。

基金項目：國家社科基金項目“我國新能源汽車產業知識產權戰略構建與實施研究”(13BGL013)；國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201510363030)。

中圖分類號：F202；F224.32

文獻標志碼：A

文章編號：2095-0063(2016)03-0061-06

收稿日期：2015-11-28

DOI 10.13356/j.cnki.jdnu.2095-0063.2016.03.016