新能源汽车产业链合作研发契约研究

马 亮，郭鹏辉

（兰州理工大学经济管理学院，甘肃兰州 730050）

发展新能源汽车是缓解能源安全、环境污染的重要手段，引起了世界各国的广泛关注，我国政府高度重视新能源汽车产业，并将其确定为优先发展的战略性新兴产业之一［1］。经过多年的发展，我国新能源汽车在产销量方面获得巨大突破，截至2018年9月，我国新能源汽车保有量达221万辆，位居世界第一，但新能源汽车的续航里程不足、充电基础设施不完善等短板依然存在，远程公交、长途运输等续航需求仍不能满足，在充电基础设施建设短期无法根本改善的情况下，提升汽车续航能力成为新能源汽车产业发展的焦点。新能源汽车的续航能力与汽车自身重量、电池的能量密度以及司机的驾驶习惯等有关。电池作为关系新能源汽车续航能力的核心部件，其能量密度是制约续航能力的关键因素，因此提高能量密度是电池生产企业研发的重点。然而，受财政补贴持续退坡的影响，电池生产企业的毛利压缩，研发动力降低，作为电池产品消费主体的新能源汽车生产企业急需采取相应的措施来激励电池生产企业的研发，以此满足消费者对续航里程的需求。因此，仅从新能源汽车生产企业或电池生产企业一方很难解决新能源汽车的续航能力问题，有必要从产业链的角度研究新能源汽车生产企业和电池生产企业在研发方面的配合，以期达到提高汽车续航能力的目的。基于此，本文从新能源汽车产业链的角度，建立合作研发和非合作研发博弈模型，研究产业链企业之间的研发机制，并设计了研发成本分摊契约、约束电池价格的研发成本分摊契约，同时对产业链的利润、新能源汽车的续航能力展开讨论和分析，探索能兼顾提高产业链利润和提升新能源汽车续航能力的契约模型，以期为提高企业研发积极性、提升续航能力提供决策支持。

1 文献综述

本文的研究主要涉及合作研发、新能源汽车采用以及新能源汽车研发等方面。围绕合作研发，傅建华等［2］考虑研发对产品成本的影响，构建了双寡头企业三阶段动态博弈模型，比较了合作研发和非合作研发下研发投资效率，认为合作研发优于非合作研发；邓若冰等［3］考虑了研发对产品质量的影响，建立了三阶段动态博弈模型，研究了不同研发模式下企业的最优决策和政府的最优补贴政策，认为在技术溢出较高的情况下，合作研发模式下最优补贴强度较低；苏中锋［4］研究了在合作研发成员之间技术和管理差异影响下，不同的控制机制对机会主义行为的抑制效果，认为契约控制和信任控制均对研发过程中的机会主义行为有明显的抑制效果；郑月龙等［5］通过建立混合群体下的多企业共性技术合作研发博弈模型，研究了研发能力对合作研发行为的影响，认为引致成本具有减小甚至抵消产业规模对合作研发的抑制作用；熊榆等［6］在考虑知识投入和资金投入情况下，研究了合作参与者的最优决策问题，并对比了两种决策情况下的异同，认为合理调整资金投入和知识投入能够促进合作研发的成功；Banerjee等［7］研究了供应链上下游企业合作研发情形下的固定交易价格契约对研发投入的影响，认为采用固定交易价格契约能够促进企业的创新；Erzurumlu等［8］研究了供应链上下游企业之间的创新合作，并分析了不同企业进行合作创新时的投资策略。

关于新能源汽车采用方面的研究，学者们大致从补贴和续航能力对新能源汽车采用影响展开。其中，在补贴对新能源汽车市场需求的影响研究中，邵路路等［9］基于消费者在购买行为方面的异质性建立了两阶段效用模型，分析了产品耐用度、产品更新程度和政府补贴对电动汽车市场需求的影响；罗春林［10］从电动汽车供应链的角度建立了零售商与消费者之间的合作博弈模型，研究了政府补贴对供应链最优定价以及期望销量的影响；程永伟等［11］采用博弈论与系统动力学相结合的方法建立了新能源汽车供应链生产决策模型，分析了新能源汽车补贴机制及影响；Sakamoto等［12］提出了一种通过鲁棒控制反馈来调节补贴的方法，以此促进插电式电动汽车的采用；Hao等［13］阐述了我国新能源汽车两阶段补贴政策的基本原理，并分析了补贴政策对汽车产业的影响；孙红霞等［14］建立政府和新能源汽车企业间的演化博弈模型，分析了补贴退坡、骗补处罚力度等变化时，政府和企业的行为变化。在续航能力对新能源汽车采用的影响方面，Avci等［15］根据消费者的里程焦虑和高电池成本负担提出了以建立电动汽车换电站系统的方式来促进新能源汽车的采用；Lim 等［16］、Guo等［17］以及 Adepetu 等［18］运用数学模型分析了用户的续驶里程焦虑对新能源汽车采用的影响。此外，Wang等［19］分析了抑制我国新能源汽车采用的影响因素，认为充电基础设施不完善、里程焦虑是主要影响因素；Tan等［20］对国内10个城市的1万辆新能源汽车对城市空气质量影响进行了实证研究，认为新能源汽车的大力推广可以降低城市的环境污染。

许多学者也对新能源汽车研发展开了研究，如：卢超等［21］、马亮等［22］研究了合作研发与非合作研发情形下新能源汽车企业的研发投入决策及其对企业利润的影响；马亮等［23］还从产业链研发的视角比较了一体化决策和独立决策两种决策方式下新能源汽车产业链利润的大小，认为一体化决策更有效。在补贴对新能源汽车研发影响方面，熊勇清等［24］运用新能源汽车上市公司的数据构建了门限面板模型，分析了财政补贴对新能源汽车厂商研发积极性的激励效果；郑吉川等［25］认为组合使用“逆溢出率变化”的研发补贴政策和双积分政策，能够有效激发新能源汽车产业的研发；钟太勇等［26］借助信号博弈模型研究了政府根据新能源汽车企业的不同研发水平采取的不同补贴策略，为刺激新能源汽车企业研发提供了参考；Cailou等［27］研究了政府补贴与我国新能源汽车企业R&D强度的动态关系，认为政府补贴对R&D强度有较强的正向影响，但市场利润对R&D强度的影响不大。

纵观现有相关文献，在新能源汽车领域的研究中，大多数学者从企业个体的角度研究了新能源汽车采用及研发问题，部分学者从新能源汽车产业链的角度研究了产业链最优研发决策方式，然而，在明确新能源汽车产业链合作研发更优的情况下，鲜少有学者进一步设计产业链研发契约来寻求新能源汽车产业链合作研发的真正实现。本文从新能源汽车产业链的角度建立合作研发和非合作研发模型，验证两种情况下的研发结果，设置研发成本分摊契约、约束电池价格的研发成本分摊契约，主要讨论以下问题：（1）通过设计研发成本分摊契约和约束电池价格的研发成本分摊契约，是否可以达到产业链合作研发水平或优于合作研发绩效水平；（2）两种契约下新能源汽车产业链研发成本分摊比例对新能源汽车续航能力的影响。

2 符号说明与模型假设

目前我国的新能源汽车补贴依据是新能源汽车的续航里程，在财政补贴退坡甚至取消的形势下，汽车生产企业如何与电池生产企业合作，研发生产高续航能力的汽车是新能源汽车产业面临的重要问题。从汽车产业链研发的角度考虑上下游企业之间的合作，寻求能够使产业链利润和新能源汽车续航能力最大的研发契约机制是本文的研究思路和创新点。

2.1 符号说明

本文考虑由一个新能源汽车生产企业和一个电池生产企业构成的产业链系统，开展提高续航能力的研发活动，相关符号说明如下：

β为约束电池价格的研发成本分摊契约中，电池价格占新能源汽车价格的比例。

2.2 研究假设

根据研究需要，本文作出以下假设：

根据以上假设，电池生产企业的利润为：

新能源汽车生产企业的利润为：

3 模型分析

3.1 新能源汽车产业链合作研发决策

新能源汽车产业链合作研发时，电池生产企业和新能源汽车生产企业均以整个产业链的利润最大化为目标，产业链的利润函数为：

3.2 新能源汽车产业链非合作研发决策

新能源汽车产业链非合作研发时，首先电池生产企业根据研发成本确定电池的续航能力和价格，然后新能源汽车生产企业根据电池价格和市场需求决定新能源汽车的价格。该博弈过程可以用以下模型表示：

为保证新能源汽车的市场需求大于零且产业链利润最大化，假定存在约束条件：非合作研发决策实际上是完全信息动态博弈，用逆向归纳法求解。最优解为：

即非合作研发时，产业链内电池生产企业和新能源汽车生产企业的最优决策为，产业链的利润为。通过对合作与非合作研发时的最优解比较，可得如下命题：

证明：

命题1说明，合作研发比非合作研发时的新能源汽车续航能力更高、产业链利润更大，因此，新能源汽车产业链合作研发决策优于非合作研发决策，这与文献［23］的结论类似。

4 新能源汽车产业链合作研发契约设计

在市场经济条件下，企业以追求自身经济利益最大化为导向，自发地以产业链整体利润最大化为目标的合作研发很难实现，因此，我们设置以下两个产业链研发契约机制，以期实现达到或优于合作研发时的效果。

4.1 研发成本分摊契约

在补贴退坡的背景下，如果电池生产企业独自承担研发成本，其研发积极性必然降低，因此，为了激励电池生产企业开展研发，设计研发成本分摊契约，要求新能源汽车生产企业分摊一部分电池研发费用，其中新能源汽车生产企业分摊的比例为β，β∈［0,1］，则电池生产企业承担研发的比例为1-β，新能源汽车生产企业和电池生产企业的利润函数分别为：

将式（19）对价格 求导并令其为0，可得：

将式（20）代入式（18），对其关于 和g的一阶偏导数并令为0，联立求解，可得：

4.2 约束电池价格的研发成本分摊契约

进一步，设计约束电池价格的研发成本分摊契约，要求新能源汽车生产企业分摊一部分研发成本，并对电池的价格进行约束。类似于王一雷等［28］对产品批发价格的约束，本文设新能源汽车生产企业分摊电池生产企业的研发成本比例为［0,1］，令电池的价格为，其中，则电池生产企业和新能源汽车生产企业的利润函数分别为：

将式（30）代入式（28），对其关于 和g的一阶偏导数并令为0，联立求解，可得：

命题2：在约束电池价格的研发成本分摊契约下，新能源汽车续航能力g随着新能源汽车生产企业研发成本分摊比例β的增大而增大，随着电池价格占新能源汽车价格比例λ的提高而增加。

4.3 合作研发与两种研发契约的对比分析

在产业链合作研发以及两种研发契约下，新能源汽车续航能力g和产业链利润∏具体如表1所示。

表1 不同条件情况下新能源汽车的续航能力及产业链利润

通过比较表1中新能源汽车续航能力、产业链利润，可得如下命题：

命题3：合作研发和研发成本分摊契约下汽车续航能力取决于研发成本分摊比例，当研发成本分摊比例高于1/2时，研发成本分摊契约下新能源汽车的续航能力高于合作研发下的新能源汽车续航能力。

证明：

命题3说明，如果新能源汽车生产企业愿意为汽车续航能力的提升分摊一半以上的研发成本，则研发成本分摊契约对续航能力的提升更有效。

命题4：研发成本分摊契约下新能源汽车产业链的利润小于合作研发下的利润。

命题3和命题4说明，研发成本分摊契约可以实现新能源汽车续航能力大于合作研发决策下的续航能力，但是其产业链利润小于合作研发下的产业链利润。如果新能源汽车生产企业愿意为激励电池生产企业研发生产更高续航能力的电池而牺牲部分利润，则采用研发成本分摊契约是比采取合作研发决策更优的选择。

命题5：研发成本分摊比例β与电池占汽车价格的比例λ满足：时，则在约束电池价格的研发成本分摊契约下新能源汽车续航能力大于合作研发下的续航能力。

契约中新能源汽车产业链的利润大于合作研发下新能源汽车产业链的利润。

命题5和命题6说明，在一定条件下，约束电池价格的研发成本分摊契约可以实现汽车续航能力大于合作研发决策下的续航能力，同时也可实现产业链利润大于合作研发下的利润。综合考虑新能源汽车续航能力和产业链利润，则约束电池价格的研发成本分摊契约是比合作研发决策、研发成本分摊契约更优的选择。

5 仿真分析

在本文研究假设的基础上设定参数取值，比较分析产业链合作研发、非合作研发、研发成本分摊契约、约束电池价格的研发成本分摊契约4种情况下新能源汽车续航能力和产业链利润，并验证上述结果。取

5.1 新能源汽车续航能力的比较

从图1（a）可知，研发成本分摊契约下汽车的续航能力最高，非合作研发下的新能源汽车续航能力最低，而约束电池价格的研发成本分摊契约下新能源汽车的续航能力值接近于合作研发下的续航能。为了更清晰反映 与 的大小，由图1（b）我们发现，当消费者对新能源汽车的续航能力敏感程度较低时，合作研发下的新能源汽车续航能力大于约束电池价格的研发成本分摊契约；当消费者对新能源汽车的续航能力敏感程度较高时，合作研发的新能源汽车续航能力小于约束电池价格的研发成本分摊契约。总之，如果产业链首要目标是新能源汽车续航能力的提升，则研发成本分摊契约是最优的选择。

图1 不同条件情况下新能源汽车续航能力的仿真比较

5.2 新能源汽车产业链利润的比较

从图2（a）可知，合作研发决策下新能源汽车产业链的利润最高，研发成本分摊契约下新能源汽车产业链利润最低，约束电池价格的研发成本分摊契约下新能源汽车产业链利润小于合作研发产业链利润，但接近于合作研发决策产业链利润，非合作研发决策下的产业链利润处于中游水平。为了更清晰展示∏*和∏***的大小关系，由图2（b）（仰视图）进一步验证了约束电池价格的研发成本分摊契约下的产业链利润接近于合作研发下新能源汽车产业链的利润。

图2 不同条件情况下新能源汽车产业链利润的仿真比较

6 结论

本文从新能源汽车产业链的角度分别建立了合作研发、非合作研发博弈模型，设计了两种不同的研发契约，研究了新能源汽车产业链中电池生产企业和新能源汽车生产企业之间的研发机制问题，将两种不同研发契约与合作研发下的汽车续航能力、产业链利润做比较，得出以下结论：

（1）新能源汽车产业链合作研发下的最优决策解大于非合作研发下的最优决策解，合作研发优于非合作研发。

（2）研发成本分摊契约下的新能源汽车续航能力与新能源汽车生产企业分摊的研发成本比例有关，分摊比例较高时，此契约下新能源汽车续航能力高于合作研发下的续航能力，但产业链利润小于合作研发下的产业链利润。

（3）约束电池价格的研发成本分摊契约下新能源汽车续航能力大小和产业链利润均与电池价格占新能汽车价格的比例系数、研发成本分摊比例系数有关，当比例系数满足一定条件时，此契约下新能源汽车续航能力、产业链利润均大于合作研发下的值。

根据以上结论，我们有如下启示：

（1）新能源汽车电池生产企业应加强学习、积极创新、努力探索与实践，培育研发创新能力，从源头提升新能源汽车续航能力。

（2）新能源汽车生产企业应肩负起更多社会责任和产业发展责任，尽可能多地分摊电池研发成本、生产销售高续航能力的新能源汽车，满足用户的需求，减轻能源和环境的压力。

（3）政府应出台相关政策，激励新能源汽车产业链采用约束电池价格的研发成本分摊契约，同时为产业链成员企业之间创造更好的合作研发环境，积极引导产业链上成员进行更深层次的合作。

但本文的研究在建立模型时没有考虑新能源汽车企业的宣传销售力度、双积分政策对新能源汽车产业链成员决策与汽车续航能力的影响，这是下一步的研究方向。