共享汽车服务链联盟策略博弈研究

周小祥，黄承锋*，b

(重庆交通大学，a.经济与管理学院；b.西部交通与经济社会发展研究中心，重庆400074)

0 引言

共享交通是共享经济理念在交通领域的具体实践，也是交通强国建设纲要明确重点发展的领域。共享汽车拥有降低出行成本，缓解交通拥堵，减少污染排放等集约化优势，对发展新能源汽车，加快传统车企转型，促进自动驾驶场景落地具有重要作用。在新基建时代，以共享出行为代表的企业正在通过技术创新和营运模式创新赋能汽车产业互联网生态化发展。但共享汽车行业在快速发展的同时存在企业无序扩张[1]，租赁网点较少，充电不便及用户体验差等诸多问题[2]。共享汽车前期投资巨大，是典型的重资产和重技术行业，对运营商资本实力、技术水平和运营强度有较高要求，企业在共享汽车服务链上的资源整合能力直接关系着企业的生存和发展。因此，共享分时租赁汽车企业通过与充电桩运营商组建企业联盟降低成本，或者通过供应链上、下游垂直整合，实现车桩位一体化提升竞争力，成为分时租赁共享汽车企业市场策略竞争的重要内容。当前，互联网汽车分时租赁运营平台与产业链上、下游各个环节展开战略合作，已经步入快速发展时期。例如Ponycar分别与充电桩龙头运营商EV POWER、合众新能源达成战略合作；大众与中国一汽战略合作，合资组建公共快速充电网络；长安出行与特来电开展战略合作，与国网重庆电力公司组建合作联盟共同推动产业发展等。

国内外对共享汽车的研究主要集中于站点选址[3]，车辆调度[4-5]及消费者出行行为研究[6]等诸多方面。随着自动驾驶技术的发展，越来越多的学者关注自动驾驶下的共享交通运营系统[7]。此外，共享汽车联盟及其博弈问题也逐渐成为研究热点。张蓓[8]研究汽车共享服务联盟运营模式和运行管理体系，指出共享汽车服务联盟的伙伴选择和收益分配是联盟稳定存在的关键。黄毅祥等[9]利用无限重复博弈模型分析电动汽车市场组建价格联盟的稳定性，指出联盟收益分配和稳定性受企业服务差异化替代率及贴现率影响。杨倩倩等[10]从解决出行最后一公里问题角度出发，运用合作博弈模型探讨共享汽车与共享单车组建联盟的资源投入和收益分配问题，指出联盟收益分配要综合考虑企业在联盟中的资源投入和风险承担。卢珂等[11]针对共享汽车产业推广策略，采用演化博弈模型分析政府、运营企业和出行者三方利益相关者的演化路径，结果表明，三者间利益存在相互影响和复杂反馈，在考虑单个主体推广路径时需同时考虑其他两方的利益诉求。上述研究从不同侧面反映共享汽车服务链参与者相互间的复杂关系及其博弈过程，但没有详细考虑共享汽车服务链市场的需求价格弹性特征，以及新能源供给端的定价策略及对联盟稳定性的影响。共享汽车服务链包含资源供应商、共享汽车平台运营商以及终端消费者，各个主体的需求变化均会对定价机制产生影响。本文以分时租赁共享汽车服务链为研究对象，基于产业联盟理论，构建由分时租赁共享汽车运营商、充电桩服务商及终端消费者组成的共享汽车服务链，考虑线性需求下服务链成员在不同决策模式下的最优定价策略，并研究共享汽车运营商之间组建服务链联盟后在有限理性下演化稳定均衡策略。以长安出行分时租赁运营情况为案例，综合研究共享汽车服务链市场联盟存在机理及运作机制。

1 共享汽车服务链模型

服务链是由不同服务供给者通过签署契约或协议相互合作而形成的一种链式结构。服务链成员间可以共享资源，共担风险，一些关键要素可在成员间相互流动形成整体竞争优势。典型的分时租赁汽车共享服务链包含资源端、平台端及用户端，在资源端，分时租赁共享汽车运营商通过采购或者租赁汽车投放车辆，并整合利用充电桩、停车位等稀缺性资源；在平台端，共享汽车平台运营商充分利用车联网及大数据算法联通平台前后端资源，打通用户与车辆时空间隔，并链接消费者出行行为，实现精准用户管理和精确车辆调度，确保低成本和高效率运营；在用户端，用户关注用车的便利性及共享用车的经济性，并关注平台端的服务效率。共享汽车服务链如图1所示。

图1 共享汽车服务链Fig.1 Automobile sharing service chain

目前，在分时租赁汽车共享领域，除了科技型企业利用其技术优势搭建数据平台运营共享汽车外，长安、北汽等传统车企纷纷组建出行服务生态，参与共享出行竞争。此外，以第一视频、海航集团等为代表的跨界经营者，汽车经销商及汽车租赁公司等也通过投资或新增业务范围进入共享汽车行业。数据显示，截止2019年底，中国已经注册的共享汽车企业及单位超过1600 家，投入营运的汽车数量约11 万～13 万辆，整体市场规模达28.5 亿元。实际运营中，分时租赁共享汽车行业长期面临着高投入、低回报且终端用户规模化不易等问题，运营企业承受较大的运营压力。通过整合服务链资源，建立横向或纵向的战略联盟，实现资源互通、优势互补是共享汽车服务商增强竞争力的有效手段。其中，横向合作包括资源提供商之间的联盟和共享企业与租赁企业之间的联盟，例如，充电企业之间建立联盟可以扩大网络规模，租赁企业形成联盟可以共享车型并制定合约价格。纵向合作除了平台运营商与上游资源提供商之间的联盟合作外，还包括平台运营企业向上、下游产业链扩张等模式。例如，共享汽车租赁企业通过投资兴建充电桩，进行产业链垂直整合，实现车桩位一体化发展从而获取独特竞争优势。

本文仅考虑共享汽车运营商与充电桩运营商之间的纵向合作关系。在分时租赁汽车共享服务链中，分时租赁共享汽车运营商向资源端厂商购买能源和租赁车位获得运营资源，通过平台端的强运营聚合客户，并向终端消费者提供有差异性的服务获取收益。充电桩、停车位属于稀缺性资源，涉及城市规划和公共空间占用，成为分时租赁共享汽车运营成本的重要组成部分。为简化研究，考虑到停车位需要长期租赁，可以视为长期投资分摊固定成本，同时，目前分时租赁共享汽车绝大多数为电动汽车且采用充电服务模式运营，本文着重关注分时租赁共享汽车运营商与充电桩运营商组成的服务链联盟情况，对服务链做出以下假设。

假设1 分时租赁共享汽车市场有A、B两家运营商，处于同等地位，由同一个充电桩运营商E 为其供电，两个共享汽车运营商提供略有差异的服务，运营商作为理性经济人，从利己角度出发进行决策，追求利润最大化，在定价时除了考虑车辆购置、平台建设、网点搭建、车辆保险、停车费用等固定成本分摊外，还要考虑充电费用及合理利润，定价策略为

式中：pi为分时租赁运营商的单位时间定价；ci为单位时间分摊的固定成本；w为单位时间充电的服务费用；ri为合理的单位时间边际利润。

假设2 分时租赁共享汽车市场客户端需求为线性，需求量与分时租赁共享汽车单位时间定价负相关，考虑到分时租赁共享汽车相互之间存在一定的替代性，引入β作为替代系数，共享汽车用户端的需求函数表达为

式中：m为固定常数，表示分时租赁共享汽车市场最大容量；α为价格敏感系数；β为两家共享汽车营运商的替代系数。

假设3 分时租赁共享汽车运营商在运营过程中的车辆调度及维护，市场推广及管理等实际运营费用在一定时期内维持在一个相对固定的水平，可以作为固定成本进行分摊，分时租赁共享汽车运营商在进行价格决策时有完全充分的成本信息，单位时间边际利润ri是其决策变量。

上述参数及含义如表1所示。

表1 参数及含义Table 1 Parameters and meanings

2 共享汽车服务链联盟决策模型

2.1 分散式决策模型

在分散式动态决策下，三方主体均不考虑对方的决策状态，充电桩供应商和共享汽车运营商均以自身利益最大化为决策目标，决策模型为

理性人假设下，三方均追求利润最大化。以w、rA、rB为变量求解方程组可得在分散式动态决策下，分时租赁共享汽车运营商A、B以及充电桩运营商E的最优边际利润率、最优充电服务费为

由此可见，分时租赁共享汽车运营商的最优边际利润不仅与自身的成本相关，还与竞争对手的运营情况相关，车队规模、车辆运营效率及市场占有率直接关系分时租赁共享汽车运营商边际利润。

考虑到分时租赁共享汽车运营商A、B 处于市场同等地位，假设其固定成本均为常数c，代入式(6)，求得共享汽车服务链联盟在分散式决策下的均衡利润、边际利润、服务链收益最优值。

2.2 集中式决策模型

在集中式决策模型下，分时租赁共享汽车运营商A、B 与充电桩服务商E 通过契约等方式组成一个合作联盟，联盟内共享用户需求信息及合作资源，以联盟整体利益最大化为决策目标。此时，分时租赁共享汽车运营商A 和B 在联盟内可视为一个运营商，其处于同等的决策地位，两者在成本及边际收益率上无差异，令

此时，共享汽车运营商A和B在市场上以相同的合约价格面向消费者提供服务，即

合作联盟决策模型表达为

令w′=r+w，对式(9)求w的一阶偏导数，并令其等于0，即

求解可得

带入收益最大化模型，可得整个服务链最优收益为

由于在集中式决策模式下，分时租赁共享汽车运营商与充电桩服务商视为一个整体(整体利润用πAB表示)，两者各自的利润无法求出，利用Shapley值法在供应商合作伙伴收益分配处理中的优势，合理分配集中式决策服务链整体利润，设充电桩服务商、共享汽车运营商两个主体构成利益分享集合，则充电桩服务商和分时租赁共享汽车运营商的最终分配利润为

联立式(13)～式(15)，解方程可得

带入式(6)，求得分时租赁共享汽车运营商及充电桩服务商的最优收益，边际利润及合约电价。

2.3 分散决策与集中决策比较分析

分时租赁共享汽车服务链在分散决策和集中决策下，充电桩服务商、分时租赁共享汽车运营商的收益各有不同，两种决策模式下各变量的取值如表2所示。

表2 不同决策模式下共享汽车服务链结果对比Table 2 Results of car sharing service chain under different decision modes

通过对比分析，得到以下结论。

定理1 分时租赁共享汽车运营商与充电桩运营商组成服务链联盟，联盟中电桩运营商、分时租赁共享汽车运营商收益均有所增加，整体服务链可获得超额收益。

证明：分时租赁共享汽车服务链形成联盟的必要条件是要保证各参与方在联盟中的收益不得低于联盟组建前，使得参与联盟能够获取超额利润。对比充电桩运营商E、分时租赁共享汽车运营商A、B在分散式决策和集中式决策模式下的收益，可得

由于α ＞β，显然,同理可证,，。

对于整个服务链收益变化ΔπN，有

因为α ＞β,m ≫c，可以得出，ΔπN＞0，超额收益为。

由定理1 可知，运用Shapley 值法对集中式动态决策下分时租赁共享汽车运营商与充电桩运营商组成服务链联盟整体利润进行合理分配后，充电桩运营商和分时租赁共享汽车运营商利润都有所增加。对于参与者，因集中式决策能带来超额收益，均愿意选择集中式决策而非分散式决策。从服务链整体上看，组建共享汽车服务链联盟能够使产业链整体收益增加，因此，政府应该鼓励和引导分时租赁共享汽车运营商与充电桩运营商组建合作联盟，并制定相应的收益分配机制，促进服务链成员开展持续性合作，从而有效促进新能源汽车推广和共享出行产业发展。

定理2 分时租赁共享汽车运营商与充电桩运营商组成服务链联盟，合约电价低于市场电价，联盟中分时租赁运营商单位时间边际利润低于相互竞争中的边际利润。

证明：

由于α＞1，0＜β＜1，m≫c因此，3α-β-2＞0，即Δw*＜0，故组建服务联盟前的合约电价大于服务联盟的合约定价，组建服务联盟能有效降低分时租赁运营商充电服务成本。同时，服务联盟组建前、后分时租赁运营商边际利润变化Δr*为

可知Δr*＜0。

定理2说明集中式决策下，共享汽车服务链联盟合约电价低于分散时的市场定价。组建联盟可以为分时租赁运营商有效降低成本，但联盟组建后，单位服务时间边际利润不增反降，原因在于联盟组建后，联盟成员在场地、平台及信息资源上可实现共建共享，联盟通过资源整合在对外统一定价上有所优惠，导致边际利润率降低。组建联盟后，通过统一定价，不仅有利于增加市场参与主体的收益，一定程度上避免了行业内的恶性竞争，还能给予消费者更优惠的价格，有利于市场培育，促进整个行业的快速发展。

3 共享汽车服务链联盟稳定性分析

分时租赁共享汽车运营商与充电桩运营商基于对共同利益的追求而组建共享汽车服务链联盟，能够有效整合各种优势资源，实现合作共赢，联盟组建后，各参与服务商将受到联盟统一管理和约束。但在共享汽车服务链联盟实际运作中，由于联盟服务商具有不完全信息，同时，联盟的存在对服务商单位时间边际利润有不利影响，偏离联盟合作有可能获取更大市场份额，因此，服务商有可能采取机会主义行为。在有限理性下，联盟内服务商对联盟合作可能持“继续合作”或“暂时偏离”两种态度。如果服务商采取机会主义行为，为维持共享汽车服务链联盟稳定性，其他参与服务商则会对偏离联盟行为给予惩罚，例如充电桩服务商会取消给予的优惠电价，或事先收取的联盟保证金不予退还等，以此形成对背离联盟机会主义行为的惩罚，即联盟罚金。在机会主义行为的影响下，如果联盟没有较好的激励约束机制，共享汽车服务链联盟将趋于瓦解。

假设分时租赁汽车服务商采取机会主义行为能够获得额外收益K，充电桩运营商采取投机行为的额外收益为T，联盟对采取机会主义行为的惩罚力度为Q，联盟博弈收益矩阵如表3所示。

表3 共享汽车服务链服务商博弈支付矩阵Table 3 Game payoff matrix of car sharing service chain

3.1 复制动态方程

假设充电桩运营商维持联盟合作的概率为x，偏离联盟的概率为(1-x)，分时车租赁运营商维持联盟合作的概率为y，偏离联盟的概率为(1-y)。

根据表3的支付矩阵，充电桩运营商维持合作与采取机会主义行为的适应度W1、W2及平均期望收益W分别为

可得充电桩运营商复制动态方程为

同理，共享汽车运营商维持合作与采取机会主义行为的适应度G1、G2及平均期望收益G分别为

由此可得共享汽车运营商复制动态方程为

分别令fw(x)=0，fG(y)=0，可得：x=0,x=1,y=Y0；y=0,y=1,x=1。因此，分时租赁汽车运营商与充电桩运营商组建的共享汽车服务链联盟演化博弈矩阵有5 个博弈均衡点：E1(0,0)，E2(0,1)，E3(1,0)，E4(1,1)，E5=(1,Y0)，其 中，Y0=当且仅当0 ≤X0,Y0≤1((X0,Y0)为一特定选择点)时，x=0,x=1点才存在。

3.2 演化稳定策略

(1)充电桩运营商演化稳定策略

①当Q＜T-G0时，0＜y0＜0，当分时租赁汽车运营商选择维持合作策略的意愿y＞y0时，，所以，x=1 为稳定策略，即当分时租赁汽车运营商选择维持合作策略的意愿大于一定值时，充电桩运营商选择坚持合作。当分时租赁汽车运营商选择维持合作策略的意愿y＜y0时，，所以，x=0 为稳定策略，即当分时租赁汽车运营商选择维持合作策略的意愿小于y0时，充电桩运营商选择偏离合作。

②当Q ＞T时，此时y0＜0，对于任意，总有，所以，x=1 为稳定策略，即不论分时租赁汽车运营商是否选择合作，充电桩运营商会选择坚持合作。

③当T ＞Q ＞T-G0，此时y0＞1，对于任意，总有，所以，x=0 为稳定策略，即不论分时租赁汽车运营商是否选择合作，充电桩运营商选择偏离合作。

(2)分时租赁运营商演化稳定策略

①当0＜x0且K＞Q时，此时，所以，x=0 为稳定策略，即当偏离合作的收益大于服务链联盟给予的惩罚时，分时租赁汽车运营商选择偏离合作。

②当0＜x0＜1 且K＜Q时，此时，所以，x=1 为稳定策略，当偏离合作的收益小于服务链联盟给予的惩罚时，分时租赁汽车运营商选择维持合作。

(3)充电桩运营商与分时租赁运营商混合演化稳定策略

表4为共享汽车服务链服务商局部稳定结果。

表4 共享汽车服务链服务商局部稳定分析结果Table 4 Local stability analysis results of car sharing service chain

由表4可知：

当Q＜T-G0或时，演化博弈的均衡稳定点为E4(1,1)，即共享汽车服务链联盟经长期演化后将保持稳定。当分时租赁车辆运营商和充电桩运营商初始坚持合作的概率大于一定值时，分时租赁汽车运营商和充电桩运营商选择进行合作；当服务联盟参与商中途采取机会主义行为获得的额外收益无法弥补联盟罚金及声誉损失时，联盟参与方均会维持服务联盟的稳定性。

其他情况下，当服务链联盟中一方维持联盟有利可图，但另一方偏离联盟能获得额外利益时，共享汽车服务链联盟一方会选择偏离联盟，另一方会尽力维持联盟，联盟的实际运作要看不同服务商获取市场收益的大小及联盟罚金的取值。

4 案例分析

以长安出行分时租赁汽车长安奔奔EV360 为例，新车工况续航里程为301 km，60 km·h-1等速续航里程达360 km，在享受国家和地方补贴后售价为5.98万～7.18万元，取最低5.98万进行计算。车辆购置成本按照5年直线等额折旧，每年折旧成本约为1.2 万元。除车辆购置费外还有保险费，目前市场上网约营运车一年的车险费用约7000 ～15000元，取中值10000元进行计算。此外，分时租赁运营商将长期租用停车位，停车费用根据地段和时段不同有所波动，假设平均月租金为300元。目前分时租赁汽车每天出租时间约为7 h。据此可以设定单位时间(h)分时租赁汽车的固定成本约为6.97 元。另据第三方机构统计，2018年各运营方在重庆投放的分时租赁车辆总量约7000 辆，设两家共享汽车营运商的替代程度为0.5。

4.1 不同决策模式下均衡参数随价格系数的变化情况

共享汽车服务链联盟在集中决策与分散决策下各参数的变化情况如图2所示。可以看出，集中决策下分时租赁汽车运营商、充电桩运营商的收益均优于分散式决策下的收益，收益差随着价格影响系数α的增大而逐渐减少，三者的变化趋势一致，但服务链整体利润变化幅度小于分时租赁汽车运营商及充电桩运营商。

图2 不同决策模式下价格影响系数对均衡利润、电价及边际利润的影响Fig.2 Effect of price on profit,electricity price and marginal profit equilibrium

分时租赁共享汽车运营商与充电桩运营商组成服务链联盟，联盟中电桩运营商、分时租赁共享汽车运营商收益均有所增加，整体服务链可获得超额收益。

组建共享汽车服务链联盟后，联盟中的合约电价低于分散决策下的充电服务费用，变化程度随着价格系数的增加先减后增。说明组建服务链联盟后，联盟内形成低于市场价的合约价，但联盟合约价也不会一成不变，会随着分时租赁运营商的充电需求变化有所调整。随着价格敏感系数增加，市场上分时租赁汽车的需求有所变化，理论上，存在一个最低的合约电价。分时租赁汽车运营商的边际利润变化情况与电价类似，但变化幅度小于电价的变化幅度。组建联盟后，分时租赁汽车运营商的边际利润不升反降，原因在于随着价格敏感系数的增大，分时租赁车商的定价由于服务链联盟的统一定价有所降低，同时，随着服务链联盟的组建和运行，分时租赁车商的成本有所降低，其单位时间边际利润率变化幅度呈现出先增大后减小的趋势。

4.2 共享汽车服务链联盟稳定性演化仿真

为验证不同参数取值对共享汽车服务链联盟稳定策略的影响，利用Matalab 仿真模拟算例的策略演化。

根据案例设定，参数值设定为：Q=8，T=6，K=5，m=7，α=2，β=0.5，c=6.97，此时，满足时，共享汽车服务链联盟长期演化稳定性如图3所示，结果表明，当共享汽车服务链联盟对偏离联盟行为的惩罚因子远大于任何一方时，共享汽车联盟服务商的演化稳定策略为双方选择维持联盟稳定。

图3 服务链联盟双方均向rB 演化Fig.3 Service chain alliance evolving to rB

当参数值设定为：Q=2，T=6，K=5，m=7；α=2.5，β=0.6，c=6.97，此时，满足Q＜min(K,且Q＜K时，共享汽车服务链联盟长期演化稳定性如图4所示，分时租赁共享汽车运营商和充电桩服务商都会选择偏离联盟，追求额外的市场收益，演化稳定策略为双方选择偏离联盟，此时，共享汽车服务链联盟将趋于瓦解。

图4 服务链联盟双方均向E1(0,0)演化Fig.4 Service chain alliance evolving to E1(0,0)

其他情况下，当参数取不同值时，随着联盟惩罚因子与联盟参与商所获收益的不同，充电桩服务商、共享汽车运营商向不同的演化稳定点演化，可能存在不同稳定结果。例如一方偏离，另一方维持，如图5所示(Q=8,T=11,K=5,m=7,α=2,；或两方根据初始状态值及参数值不同向不同方向演化，如图 6所示。

图5 服务链联盟一方维持另一方偏离Fig.5 One maintain while other deviate in alliance

图6 服务链联盟双方均向不同方向演化Fig.6 Service chain alliance evolving in different directions

5 结论

本文基于产业联盟理论和联盟合作的有限理性原理，分析共享汽车服务链联盟存在的机理及合作联盟稳定性演化过程，从一个新的视角分析共享汽车服务联盟的合作机制，主要结论如下：

(1)分时租赁共享汽车运营商与充电桩运营商组建服务链联盟，能够实现多赢目标并带动产业发展。对联盟服务商博弈主体在集中式和分散式决策下的最优定价策略及收益对比的分析表明，组建共享汽车服务链联盟后，合约电价低于分散情况下的市场电价，虽分时租赁汽车运营商边际利润有所降低，但服务链联盟中充电桩运营商、分时租赁共享汽车运营商总收益均有所增加，整体服务链可获得超额收益。同时，组建联盟能给予消费者让利，带动终端需求，有利于促进共享汽车产业发展。

(2)线性需求下，分时租赁汽车服务链联盟均衡收益与价格敏感度高度相关，但价格敏感度对分时租赁汽车服务链联盟成员边际利润、合约电价、均衡利润影响机制不同。充电桩运营商，分时租赁共享汽车运营商，共享汽车服务链整体在集中式决策下和分散式决策下的收益差额随价格敏感度的增加而减少。但合约电价、分时租赁汽车运营商边际利润差额却随价格敏感度增加先减后增。主要原因在于共享汽车服务链的终端需求随着价格敏感度的变化而变化，进而影响联盟内的价格数量契约。

(3)有限理性下，合理的联盟合作激励约束机制是维持联盟稳定性的必要条件。分时租赁汽车服务链联盟的演化结果不仅受到系统初始状态的影响，还受到不同服务商在联盟前后利润变化，能否获取偏离联盟额外收益及联盟罚金的影响，在联盟奖惩合作机制及服务商机会主义行为共同影响下，联盟会趋于长期均衡或者瓦解。

汽车共享服务链联盟运营模式能够为汽车共享服务商整合服务商车辆、车位及充电桩资源，不仅能有效降低成本，还有助于提升用户满意度，带来显著的经济效益和社会效益。