新能源汽車產業鏈合作研發契約研究

馬 亮，郭鵬輝

（蘭州理工大學經濟管理學院，甘肅蘭州 730050）

發展新能源汽車是緩解能源安全、環境污染的重要手段，引起了世界各國的廣泛關注，我國政府高度重視新能源汽車產業，并將其確定為優先發展的戰略性新興產業之一［1］。經過多年的發展，我國新能源汽車在產銷量方面獲得巨大突破，截至2018年9月，我國新能源汽車保有量達221萬輛，位居世界第一，但新能源汽車的續航里程不足、充電基礎設施不完善等短板依然存在，遠程公交、長途運輸等續航需求仍不能滿足，在充電基礎設施建設短期無法根本改善的情況下，提升汽車續航能力成為新能源汽車產業發展的焦點。新能源汽車的續航能力與汽車自身重量、電池的能量密度以及司機的駕駛習慣等有關。電池作為關系新能源汽車續航能力的核心部件，其能量密度是制約續航能力的關鍵因素，因此提高能量密度是電池生產企業研發的重點。然而，受財政補貼持續退坡的影響，電池生產企業的毛利壓縮，研發動力降低，作為電池產品消費主體的新能源汽車生產企業急需采取相應的措施來激勵電池生產企業的研發，以此滿足消費者對續航里程的需求。因此，僅從新能源汽車生產企業或電池生產企業一方很難解決新能源汽車的續航能力問題，有必要從產業鏈的角度研究新能源汽車生產企業和電池生產企業在研發方面的配合，以期達到提高汽車續航能力的目的。基于此，本文從新能源汽車產業鏈的角度，建立合作研發和非合作研發博弈模型，研究產業鏈企業之間的研發機制，并設計了研發成本分攤契約、約束電池價格的研發成本分攤契約，同時對產業鏈的利潤、新能源汽車的續航能力展開討論和分析，探索能兼顧提高產業鏈利潤和提升新能源汽車續航能力的契約模型，以期為提高企業研發積極性、提升續航能力提供決策支持。

1 文獻綜述

本文的研究主要涉及合作研發、新能源汽車采用以及新能源汽車研發等方面。圍繞合作研發，傅建華等［2］考慮研發對產品成本的影響，構建了雙寡頭企業三階段動態博弈模型，比較了合作研發和非合作研發下研發投資效率，認為合作研發優于非合作研發；鄧若冰等［3］考慮了研發對產品質量的影響，建立了三階段動態博弈模型，研究了不同研發模式下企業的最優決策和政府的最優補貼政策，認為在技術溢出較高的情況下，合作研發模式下最優補貼強度較低；蘇中鋒［4］研究了在合作研發成員之間技術和管理差異影響下，不同的控制機制對機會主義行為的抑制效果，認為契約控制和信任控制均對研發過程中的機會主義行為有明顯的抑制效果；鄭月龍等［5］通過建立混合群體下的多企業共性技術合作研發博弈模型，研究了研發能力對合作研發行為的影響，認為引致成本具有減小甚至抵消產業規模對合作研發的抑制作用；熊榆等［6］在考慮知識投入和資金投入情況下，研究了合作參與者的最優決策問題，并對比了兩種決策情況下的異同，認為合理調整資金投入和知識投入能夠促進合作研發的成功；Banerjee等［7］研究了供應鏈上下游企業合作研發情形下的固定交易價格契約對研發投入的影響，認為采用固定交易價格契約能夠促進企業的創新；Erzurumlu等［8］研究了供應鏈上下游企業之間的創新合作，并分析了不同企業進行合作創新時的投資策略。

關于新能源汽車采用方面的研究，學者們大致從補貼和續航能力對新能源汽車采用影響展開。其中，在補貼對新能源汽車市場需求的影響研究中，邵路路等［9］基于消費者在購買行為方面的異質性建立了兩階段效用模型，分析了產品耐用度、產品更新程度和政府補貼對電動汽車市場需求的影響；羅春林［10］從電動汽車供應鏈的角度建立了零售商與消費者之間的合作博弈模型，研究了政府補貼對供應鏈最優定價以及期望銷量的影響；程永偉等［11］采用博弈論與系統動力學相結合的方法建立了新能源汽車供應鏈生產決策模型，分析了新能源汽車補貼機制及影響；Sakamoto等［12］提出了一種通過魯棒控制反饋來調節補貼的方法，以此促進插電式電動汽車的采用；Hao等［13］闡述了我國新能源汽車兩階段補貼政策的基本原理，并分析了補貼政策對汽車產業的影響；孫紅霞等［14］建立政府和新能源汽車企業間的演化博弈模型，分析了補貼退坡、騙補處罰力度等變化時，政府和企業的行為變化。在續航能力對新能源汽車采用的影響方面，Avci等［15］根據消費者的里程焦慮和高電池成本負擔提出了以建立電動汽車換電站系統的方式來促進新能源汽車的采用；Lim 等［16］、Guo等［17］以及 Adepetu 等［18］運用數學模型分析了用戶的續駛里程焦慮對新能源汽車采用的影響。此外，Wang等［19］分析了抑制我國新能源汽車采用的影響因素，認為充電基礎設施不完善、里程焦慮是主要影響因素；Tan等［20］對國內10個城市的1萬輛新能源汽車對城市空氣質量影響進行了實證研究，認為新能源汽車的大力推廣可以降低城市的環境污染。

許多學者也對新能源汽車研發展開了研究，如：盧超等［21］、馬亮等［22］研究了合作研發與非合作研發情形下新能源汽車企業的研發投入決策及其對企業利潤的影響；馬亮等［23］還從產業鏈研發的視角比較了一體化決策和獨立決策兩種決策方式下新能源汽車產業鏈利潤的大小，認為一體化決策更有效。在補貼對新能源汽車研發影響方面，熊勇清等［24］運用新能源汽車上市公司的數據構建了門限面板模型，分析了財政補貼對新能源汽車廠商研發積極性的激勵效果；鄭吉川等［25］認為組合使用“逆溢出率變化”的研發補貼政策和雙積分政策，能夠有效激發新能源汽車產業的研發；鐘太勇等［26］借助信號博弈模型研究了政府根據新能源汽車企業的不同研發水平采取的不同補貼策略，為刺激新能源汽車企業研發提供了參考；Cailou等［27］研究了政府補貼與我國新能源汽車企業R&D強度的動態關系，認為政府補貼對R&D強度有較強的正向影響，但市場利潤對R&D強度的影響不大。

縱觀現有相關文獻，在新能源汽車領域的研究中，大多數學者從企業個體的角度研究了新能源汽車采用及研發問題，部分學者從新能源汽車產業鏈的角度研究了產業鏈最優研發決策方式，然而，在明確新能源汽車產業鏈合作研發更優的情況下，鮮少有學者進一步設計產業鏈研發契約來尋求新能源汽車產業鏈合作研發的真正實現。本文從新能源汽車產業鏈的角度建立合作研發和非合作研發模型，驗證兩種情況下的研發結果，設置研發成本分攤契約、約束電池價格的研發成本分攤契約，主要討論以下問題：（1）通過設計研發成本分攤契約和約束電池價格的研發成本分攤契約，是否可以達到產業鏈合作研發水平或優于合作研發績效水平；（2）兩種契約下新能源汽車產業鏈研發成本分攤比例對新能源汽車續航能力的影響。

2 符號說明與模型假設

目前我國的新能源汽車補貼依據是新能源汽車的續航里程，在財政補貼退坡甚至取消的形勢下，汽車生產企業如何與電池生產企業合作，研發生產高續航能力的汽車是新能源汽車產業面臨的重要問題。從汽車產業鏈研發的角度考慮上下游企業之間的合作，尋求能夠使產業鏈利潤和新能源汽車續航能力最大的研發契約機制是本文的研究思路和創新點。

2.1 符號說明

本文考慮由一個新能源汽車生產企業和一個電池生產企業構成的產業鏈系統，開展提高續航能力的研發活動，相關符號說明如下：

β為約束電池價格的研發成本分攤契約中，電池價格占新能源汽車價格的比例。

2.2 研究假設

根據研究需要，本文作出以下假設：

根據以上假設，電池生產企業的利潤為：

新能源汽車生產企業的利潤為：

3 模型分析

3.1 新能源汽車產業鏈合作研發決策

新能源汽車產業鏈合作研發時，電池生產企業和新能源汽車生產企業均以整個產業鏈的利潤最大化為目標，產業鏈的利潤函數為：

3.2 新能源汽車產業鏈非合作研發決策

新能源汽車產業鏈非合作研發時，首先電池生產企業根據研發成本確定電池的續航能力和價格，然后新能源汽車生產企業根據電池價格和市場需求決定新能源汽車的價格。該博弈過程可以用以下模型表示：

為保證新能源汽車的市場需求大于零且產業鏈利潤最大化，假定存在約束條件：非合作研發決策實際上是完全信息動態博弈，用逆向歸納法求解。最優解為：

即非合作研發時，產業鏈內電池生產企業和新能源汽車生產企業的最優決策為，產業鏈的利潤為。通過對合作與非合作研發時的最優解比較，可得如下命題：

證明：

命題1說明，合作研發比非合作研發時的新能源汽車續航能力更高、產業鏈利潤更大，因此，新能源汽車產業鏈合作研發決策優于非合作研發決策，這與文獻［23］的結論類似。

4 新能源汽車產業鏈合作研發契約設計

在市場經濟條件下，企業以追求自身經濟利益最大化為導向，自發地以產業鏈整體利潤最大化為目標的合作研發很難實現，因此，我們設置以下兩個產業鏈研發契約機制，以期實現達到或優于合作研發時的效果。

4.1 研發成本分攤契約

在補貼退坡的背景下，如果電池生產企業獨自承擔研發成本，其研發積極性必然降低，因此，為了激勵電池生產企業開展研發，設計研發成本分攤契約，要求新能源汽車生產企業分攤一部分電池研發費用，其中新能源汽車生產企業分攤的比例為β，β∈［0,1］，則電池生產企業承擔研發的比例為1-β，新能源汽車生產企業和電池生產企業的利潤函數分別為：

將式（19）對價格 求導并令其為0，可得：

將式（20）代入式（18），對其關于 和g的一階偏導數并令為0，聯立求解，可得：

4.2 約束電池價格的研發成本分攤契約

進一步，設計約束電池價格的研發成本分攤契約，要求新能源汽車生產企業分攤一部分研發成本，并對電池的價格進行約束。類似于王一雷等［28］對產品批發價格的約束，本文設新能源汽車生產企業分攤電池生產企業的研發成本比例為［0,1］，令電池的價格為，其中，則電池生產企業和新能源汽車生產企業的利潤函數分別為：

將式（30）代入式（28），對其關于 和g的一階偏導數并令為0，聯立求解，可得：

命題2：在約束電池價格的研發成本分攤契約下，新能源汽車續航能力g隨著新能源汽車生產企業研發成本分攤比例β的增大而增大，隨著電池價格占新能源汽車價格比例λ的提高而增加。

4.3 合作研發與兩種研發契約的對比分析

在產業鏈合作研發以及兩種研發契約下，新能源汽車續航能力g和產業鏈利潤∏具體如表1所示。

表1 不同條件情況下新能源汽車的續航能力及產業鏈利潤

通過比較表1中新能源汽車續航能力、產業鏈利潤，可得如下命題：

命題3：合作研發和研發成本分攤契約下汽車續航能力取決于研發成本分攤比例，當研發成本分攤比例高于1/2時，研發成本分攤契約下新能源汽車的續航能力高于合作研發下的新能源汽車續航能力。

證明：

命題3說明，如果新能源汽車生產企業愿意為汽車續航能力的提升分攤一半以上的研發成本，則研發成本分攤契約對續航能力的提升更有效。

命題4：研發成本分攤契約下新能源汽車產業鏈的利潤小于合作研發下的利潤。

命題3和命題4說明，研發成本分攤契約可以實現新能源汽車續航能力大于合作研發決策下的續航能力，但是其產業鏈利潤小于合作研發下的產業鏈利潤。如果新能源汽車生產企業愿意為激勵電池生產企業研發生產更高續航能力的電池而犧牲部分利潤，則采用研發成本分攤契約是比采取合作研發決策更優的選擇。

命題5：研發成本分攤比例β與電池占汽車價格的比例λ滿足：時，則在約束電池價格的研發成本分攤契約下新能源汽車續航能力大于合作研發下的續航能力。

契約中新能源汽車產業鏈的利潤大于合作研發下新能源汽車產業鏈的利潤。

命題5和命題6說明，在一定條件下，約束電池價格的研發成本分攤契約可以實現汽車續航能力大于合作研發決策下的續航能力，同時也可實現產業鏈利潤大于合作研發下的利潤。綜合考慮新能源汽車續航能力和產業鏈利潤，則約束電池價格的研發成本分攤契約是比合作研發決策、研發成本分攤契約更優的選擇。

5 仿真分析

在本文研究假設的基礎上設定參數取值，比較分析產業鏈合作研發、非合作研發、研發成本分攤契約、約束電池價格的研發成本分攤契約4種情況下新能源汽車續航能力和產業鏈利潤，并驗證上述結果。取

5.1 新能源汽車續航能力的比較

從圖1（a）可知，研發成本分攤契約下汽車的續航能力最高，非合作研發下的新能源汽車續航能力最低，而約束電池價格的研發成本分攤契約下新能源汽車的續航能力值接近于合作研發下的續航能。為了更清晰反映 與 的大小，由圖1（b）我們發現，當消費者對新能源汽車的續航能力敏感程度較低時，合作研發下的新能源汽車續航能力大于約束電池價格的研發成本分攤契約；當消費者對新能源汽車的續航能力敏感程度較高時，合作研發的新能源汽車續航能力小于約束電池價格的研發成本分攤契約。總之，如果產業鏈首要目標是新能源汽車續航能力的提升，則研發成本分攤契約是最優的選擇。

圖1 不同條件情況下新能源汽車續航能力的仿真比較

5.2 新能源汽車產業鏈利潤的比較

從圖2（a）可知，合作研發決策下新能源汽車產業鏈的利潤最高，研發成本分攤契約下新能源汽車產業鏈利潤最低，約束電池價格的研發成本分攤契約下新能源汽車產業鏈利潤小于合作研發產業鏈利潤，但接近于合作研發決策產業鏈利潤，非合作研發決策下的產業鏈利潤處于中游水平。為了更清晰展示∏*和∏***的大小關系，由圖2（b）（仰視圖）進一步驗證了約束電池價格的研發成本分攤契約下的產業鏈利潤接近于合作研發下新能源汽車產業鏈的利潤。

圖2 不同條件情況下新能源汽車產業鏈利潤的仿真比較

6 結論

本文從新能源汽車產業鏈的角度分別建立了合作研發、非合作研發博弈模型，設計了兩種不同的研發契約，研究了新能源汽車產業鏈中電池生產企業和新能源汽車生產企業之間的研發機制問題，將兩種不同研發契約與合作研發下的汽車續航能力、產業鏈利潤做比較，得出以下結論：

（1）新能源汽車產業鏈合作研發下的最優決策解大于非合作研發下的最優決策解，合作研發優于非合作研發。

（2）研發成本分攤契約下的新能源汽車續航能力與新能源汽車生產企業分攤的研發成本比例有關，分攤比例較高時，此契約下新能源汽車續航能力高于合作研發下的續航能力，但產業鏈利潤小于合作研發下的產業鏈利潤。

（3）約束電池價格的研發成本分攤契約下新能源汽車續航能力大小和產業鏈利潤均與電池價格占新能汽車價格的比例系數、研發成本分攤比例系數有關，當比例系數滿足一定條件時，此契約下新能源汽車續航能力、產業鏈利潤均大于合作研發下的值。

根據以上結論，我們有如下啟示：

（1）新能源汽車電池生產企業應加強學習、積極創新、努力探索與實踐，培育研發創新能力，從源頭提升新能源汽車續航能力。

（2）新能源汽車生產企業應肩負起更多社會責任和產業發展責任，盡可能多地分攤電池研發成本、生產銷售高續航能力的新能源汽車，滿足用戶的需求，減輕能源和環境的壓力。

（3）政府應出臺相關政策，激勵新能源汽車產業鏈采用約束電池價格的研發成本分攤契約，同時為產業鏈成員企業之間創造更好的合作研發環境，積極引導產業鏈上成員進行更深層次的合作。

但本文的研究在建立模型時沒有考慮新能源汽車企業的宣傳銷售力度、雙積分政策對新能源汽車產業鏈成員決策與汽車續航能力的影響，這是下一步的研究方向。