新能源汽车软件供应商与汽车制造商合作研发策略研究

马汉武，罗瑞恒

（江苏大学 管理学院，江苏 镇江 212013）

0 引言

党的二十大报告提出，要发展绿色低碳产业，倡导绿色消费，推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。新能源汽车以其环保、高效、低碳的特点，被认为是未来交通出行的主流选择。发展新能源汽车成为汽车产业转型升级的重要方向，是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。2022年我国新能源汽车持续爆发式增长，产销分别完成705.8 万辆和688.7 万辆，同比分别增长96.9%和93.4%，连续8年保持全球第一。

在汽车软硬件解耦、分层趋势下，软件独立成为核心零部件产品，汽车软件产业链被重塑，供应商与车企的供应关系也在变化，传统汽车供应链被打破，原有链条式的“供应”模式转向扁平化的“合作”模式。随着软件定义汽车时代的到来，汽车软件赛道高速增长，供应商们加紧各软件层面布局，驱动汽车行业创新与技术迭代升级，以抢占软件市场一杯羹。

当前我国新能源汽车制造商大多由传统汽车制造商转变而来，其核心技术大多由软件供应商提供，只有少数企业能够自主研发。而核心技术的研发往往会给软件供应商带来高风险和高成本，加上研发效率低下等问题，一方面导致软件供应商研发的积极性不高，另一方面软件供应商难以有效地研发出真正满足用户需求的技术。因此软件供应商与汽车制造商联合起来进行合作研发，有利于节约研发成本，提高研发效率。

目前在新能源汽车合作研发领域，主要的研究课题之一是如何强化供应链企业间的合作研发，这对于行业的长远发展具有直接决定作用[1]。调查发现，目前新能源汽车产业链上的软件供应商与汽车制造商已经开展不同程度的合作，如华为与广汽合资研发新能源汽车、宁德时代与哪吒汽车在技术研发和供应链保障领域全面开启战略合作等，部分企业间的合作已取得良好的效果，因此对该领域进行研究意义显著。软件供应商和汽车制造商合作研发已经成为大势所趋，本文从新能源汽车产业链的角度，建立汽车制造商和软件供应商之间的Stackelberg博弈模型，探讨二者合作研发与利益分配方式，并引入收入共享契约和成本分摊契约，针对新能源汽车合作研发与利益分配决策问题展开研究，在此基础上提出合理的协调策略，总结管理经验，为新能源汽车企业合作研发提供适当的建议。

1 研究综述

关于新能源汽车研发问题，国内外众多学者进行了相关研究。一方面是政府有关政策对于新能源汽车研发的影响，例如：贺勇，等[2]研究了政府分别依据减排研发和单位产品减排量进行补贴下供应链的最优决策问题。韩斌，等[3]鼓励新能源汽车企业兼并重组，提出完善政府补助评价机制与建立新能源汽车企业协同创新平台是提高新能源汽车企业创新效率的关键措施。Wu，等[4]研究发现在政府补贴和消费者绿色偏好的驱动下，制造商(营销者)与科研院所(创新者)合作进行绿色技术研发的现象普遍存在，并且在研发成功后提供里程碑式的付款总是有利的，且深度研发合作更有利可图。胡振华，等[5]得出当生产商参与新能源汽车研发有利时，即使没有政府的激励型政策，生产商也会选择参与新能源的研发。熊勇清，等[6]提出在中国新能源汽车补贴退坡的背景下，加大非补贴型政策的实施力度，对于减少补贴依赖症、有效激励新能源车企的研发投入十分必要。姜彩楼，等[7]研究了政府补贴对新能源汽车企业自主研发和技术引进策略的影响，得出当政府补贴高于临界值时，会促进新能源汽车企业自主研发，并且较高的研发成功率也会促进新能源汽车企业自主研发。李旭，等[8]提出双积分政策显著促进了新能源车企的研发投入，研发投入规模相比强度增长更明显。同时王阳[9]探讨了双积分政策和研发投资策略的交互影响，研究表明提高研发投资水平能增加新能源积分。刘静，等[10]研究发现当补贴门槛较高时，补贴政策不会影响新能源车企的产品研发行为，同时政府补贴在一定条件下会减少两个新能源车企的利润并增加产品对环境的影响。Sun，等[11]提出政府补贴对于缓解新能源汽车产业的资金短缺具有重要意义。Cabon-dhersin，等[12]研究发现有补贴的研发合作总是比没有补贴的研发合作表现更好。

在探讨企业选择合作研发和非合作研发问题上，也有大量学者进行了研究，例如：Wu，等[13]探讨了企业的技术能力和其研发战略之间的相关性，研究表明企业层面的技术能力与生态创新绩效正相关，技术能力较高的企业倾向于合作研发，而技术能力较低的企业则倾向于选择内部研发。王阳[14]在双积分政策背景下构建了传统汽车制造商以自产与外包方式进入新能源汽车市场的生产研发博弈模型，研究表明进入新能源汽车市场对传统汽车制造商总是有利的，传统汽车制造商选择外包模式优于自产模式。孙慧芳，等[15]分析了独立生产研发和生产研发合作两种研发策略，得出积分价格较高时，生产研发合作模式下会投入更多研发努力。马亮，等[16]基于新能源汽车产业链的角度，建立了以提升续航能力为目标的合作研发和非合作研发博弈模型,认为合作研发更为有效。He，等[17]基于供应链中的权力视角理论，探讨了双积分政策对汽车行业供应商与制造商研发合作的影响，结果表明合作比不合作更能有效地促进双方在燃油经济性方面的研发投入。马亮，等[18]考虑新能源汽车水平差异化程度，得出合作研发对企业更为有利。卢超，等[19]分析了研发合作与研发竞争两种情形下的企业总研发值、总利润以及社会福利函数的变化趋势。Ghosh[20]考虑了当企业进行降低成本的合作研发时古诺和伯川德竞争的效率，研究发现在伯川德竞争下合作研发超过非合作研发的最小溢出高于古诺竞争下的最小溢出。

不少学者在其他方面也进行了相关研究，针对新能源汽车上下游企业合作创新稳定性问题，李文鹣，等[21]构建了以整车企业与电池企业为主体的演化博弈模型，发现在双积分政策引导的市场牵引机制下，积分交易价格需足够高才能有效牵引上下游企业合作创新。马亮，等[1]对比分析了三种不同过度自信和完全理性条件下的电池生产商和汽车制造商合作决策结果，发现三种不同的过度自信都可促进双方研发努力投入，使供应链整体效用提升，且在双方都达到过度自信状况下的促进作用最强。Wu，等[22]研究发现供应商倾向于与两个制造商都合作，然而制造商更喜欢单独合作，当制造商的研发效率相对较低时，他们将被迫接受供应商与两个制造商都合作。王文宾，等[23]探讨了各种质量研发模式对供应链成员利润和消费者效用的影响，并利用二部定价契约协调供应链。马淼淼，等[24]研究了收入共享契约和谈判权力对供应链技术研发决策及成员利润的影响，研究发现：双积分政策的实施和消费者对新能源汽车的技术偏好总能刺激核心零部件供应商进行技术研发，收入共享能使核心零部件供应商提高技术研发，增加其利润。Manuel，等[25]分析了生态创新对企业经营绩效以及研发补贴和研发合作的联合实施对企业经营绩效的影响。Kim，等[26]研究了研发合作伙伴对不同类型产品创新的影响。

总结以上研究文献可知，大多数研究是探讨合作研发的可行性以及企业选择合作研发亦或非合作研发，探讨合作研发方式的研究较少，基于此，本文从汽车供应链角度出发，建立不同的契约模型，探讨软件供应商和汽车制造商合作研发与利益分配方式，为新能源汽车企业展开合作研发提供理论依据。

2 问题描述与假设

2.1 问题描述

本文考虑三种合作研发模式，在由软件供应商和汽车制造商组成的供应链中，引入收入共享契约和成本分摊契约来协调供应链，分别探讨软件供应商和汽车制造商合作研发与利益分配方式。参考有关文献，按照两企业间合作强度可分为外包模式、收入共享模式和成本分摊模式三种合作研发模式，探讨一定收入共享系数和成本分摊系数下，何种模式对供应链各主体更优，是否存在双方互利共赢的局面。三种合作研发模式分别如下：

（1）外包模式。软件供应商和汽车制造商之间进行最简单的合作研发，软件供应商负责研发技术，然后根据研发投入成本决定软件技术批发价格，销售给汽车制造商，汽车制造商根据软件批发价格、市场需求以及汽车生产成本等情况确定产品的售价并销售给消费者，双方均以自身利润最大化为目标。

（2）收入共享模式。在外包模式的基础上，汽车制造商和软件供应商加强两者之间的合作程度，软件供应商参与汽车制造商利益分配，软件供应商根据自身研发投入决定软件批发价格，批发给汽车制造商，汽车制造商根据软件批发价格、市场需求以及汽车生产成本等情况确定产品的售价并销售给消费者，汽车制造商获取利润，同时分配给软件供应商一定比例的销售利润，提高软件供应商研发积极性。

（3）成本分摊模式。在收入共享模式的基础上，汽车制造商和软件供应商再次加强两者之间的合作程度，汽车制造商承担软件供应商一定比例的研发费用，降低软件供应商研发风险，软件供应商同样根据自身研发投入决定软件批发价格，批发给汽车制造商，汽车制造商根据软件批发价格和市场需求情况确定产品的售价并销售给消费者，汽车制造商获取销售利润，同时软件供应商获得汽车制造商一定比例的销售利润。

2.2 模型假设

首先软件供应商进行研发决策，参考马淼淼，等[24]的研究，设技术研发水平为T，软件供应商独自承担技术研发所产生的成本，c0为软件供应商的初始生产成本。此时研发成本为：

其中m为研发成本系数，且m＞0。

软件供应商将产品以批发价w批发给汽车制造商，汽车制造商再根据批发价、生产成本和市场需求的影响决定汽车的销售价格pn。假定新能源汽车的市场需求为：

其中pn=w+w1+k，其他变量说明见表1。在后续的分析中，上标A、B、C分别表示外包模式、收入共享模式和成本分摊模式三种情形，其供应链结构如图1所示。

图1 供应链结构示意图

3 模型构建与分析

3.1 外包模式

在此模式中，软件供应商首先确定自己的技术研发水平T，并将产品以批发价格w批发给汽车制造商，汽车制造商根据批发价格和生产成本等确定产品销售价格pn并销售给消费者，此时汽车制造商、软件供应商和供应链的利润函数分别为：

根据Stackelberg博弈求解逆向归纳法，直接将汽车制造商销售价格pn代入到供应链利润函数中无法求出最优解，而pn=w+w1+k，因此可以先设定制造商决定单位产品利润w1，软件供应商再根据汽车制造商的信息决定其技术研发水平T和批发价格w，此时可以求出最优解。

将式（6）代入到式（4）中，分别对w和T求偏导，其Hesse矩阵如下：

对式（8）和式（9）进行联立求解，得到软件供应商的最优软件批发价w和最优技术研发水平T分别为：

由前文假设pn=w+w1+k，得到制造商的单位产品利润w1和最优销售价格pn分别为：

将式（10）、式（11）和式（13）代入到式（3）—式（5）中，得到汽车制造商、软件供应商和供应链的最优利润函数分别为：

命题1 在外包模式中，技术研发水平、单位产品利润和供应链各主体利润均随消费者对技术水平偏好的增加而增加。

证明：将TA、和ΠA分别对θ求一阶偏导数，得到：

命题2 在外包模式中，技术研发水平、单位产品利润和供应链各主体利润均与技术研发水平成本系数成反比关系。

证明：将TA、和ΠA分别对m求一阶偏导数，得到：

由命题1和命题2的结论可知，外包模式中，在一定范围内，消费者对技术水平的偏好与技术研发水平成正比关系，偏好越高，技术研发水平越高，从而促进汽车制造商利润和供应链利润增加，而技术研发水平的增加将给软件供应商增加成本，因此软件供应商的利润将减少；同时研发成本系数的提高也会给软件供应商增加成本负担，不利于技术研发水平的提高，因而软件供应商和汽车制造商的利润都将受到负面影响，供应链利润也将因此减少。

3.2 收入共享模式

汽车制造商在社会责任履行中扮演着重要角色，而收入共享模式可以有效激励软件供应商履行社会责任。为此，汽车制造商可以适当将部分收入转移给软件供应商，以改善其获利水平，并促使其更积极地履行社会责任，如果汽车制造商能够在保证自身利润大于无收入共享情况下的利润的前提下，同时改善软件供应商的获利状况，能使其更加积极地履行社会责任，这将有助于建立起长期的合作关系。因此，引入共享契约，设λ为汽车制造商的收入共享系数，汽车制造商实现收益后把λ比例的单位产品利润作为自身利润，其中λ∈(0，1)，此时软件供应商可获得1-λ比例的单位产品利润。可以得到两者利润函数分别为：

将式（19）代入到式（18），结合pn=w+w1+k，可以得到软件供应商的利润函数为：

将式（20）分别对w和T求偏导，其Hesse矩阵为：

将式（22）和式（23）代入到式（17）-式（19）中，并根据前文假设pn=w+w1+k，可以得到收入共享模式中最优单位产品利润、最优销售价格和各主体最优利润函数分别为：

命题3 收入共享模式中，技术研发水平、单位产品利润以及各供应链主体利润均随收入共享系数的增大而减少。

证明：将T、pn、和ΠA对λ求一阶偏导数，得到：

3.3 成本分摊模式

在收入共享模式的基础上，考虑引入成本分摊契约，为提高软件供应商研发的积极性和有效性，汽车制造商分摊部分软件供应商进行技术研发产生的费用。设汽车制造商分摊的比例为β，且β∈(0,1)，则软件供应商承担研发费用的比例为1-β，在此情况下汽车制造商和软件供应商的利润函数分别为:

将式（31）代入到式（30），结合pn=w+w1+k，可以得到软件供应商的利润函数为：

将式（34）和式（35）代入到式（29）-式（31）中，并根据前文假设pn=w+w1+k，可以得到收入共享模式中最优单位产品利润、最优销售价格和各主体最优利润函数分别为：

三种合作研发模式的均衡解见表2。

表2 三种合作研发模式的均衡解

命题4 成本分摊模式中，当收入共享系数一定时，技术研发水平、单位产品利润和供应链各主体利润与成本分摊系数均成正比关系。

证明：将T、pn、、和ΠC分别对β求一阶偏导数，得到：

由命题4的结论可知，成本分摊模式中，当收入共享系数一定时，在一定范围内，成本分摊系数与技术研发水平、单位产品利润和供应链各主体利润成正比关系，随着汽车制造商分摊的研发成本增加，促进了软件供应商技术研发，提高技术研发水平，从而促进各主体利润增加。

命题5 成本分摊模式中单位产品利润和技术研发水平优于收入共享模式中单位产品利润和技术研发水平，优于外包模式中单位产品利润和技术研发水平。

原始POI数据类型众多，尽管每种类型的POI都有一定的影响范围和关注人群，但是有些类型的POI分布比较密集并且公众认知度很低[13]，如公交站、公共厕所、报刊亭等，这些类型的POI分布规律对识别功能区的作用不大，因此首先需要剔除这些类型的POI数据，选择能够明显体现城市功能区特征的POI类型。

证明：令：

由命题5的结论可知，成本分摊模式中单位产品利润和技术研发水平优于收入共享模式中单位产品利润和技术研发水平，优于外包模式中单位产品利润和技术研发水平。汽车制造商和软件供应商加深合作研发，可以有效促进技术研发水平，增加单位产品利润。

命题6 成本分摊模式中汽车制造商利润和软件供应商利润均优于收入共享模式，同时收入共享模式中汽车制造商利润和软件供应商利润均优于外包模式。

证明 令：

由命题6的结论可知，成本分摊模式中各主体利润优于收入共享模式中各主体利润，优于外包模式中各主体利润。对于企业合作研发来说，三种模式中成本分摊模式无疑是最优的，无论是汽车制造商还是软件供应商，其利润都是最大的，因此企业间合作程度越深，越能提高收益，达到共赢。

4 数值分析

为探讨新能源汽车软件供应商和汽车制造商合作研发方式，对以上三种合作研发模式的模型及命题进行验证，采用Matlab软件进行数值仿真，验证上文中理论结果的准确性，参考有关文献，各参数取值分别 为：a=100，b=0.5，k=10，m=1.1，c0=5，λ=0.8，β=0.2，θ=1.2。

4.1 技术研发成本系数对相关参数的影响

从图2和图3可以看出，在外包模式中，随着研发成本系数的增大，一方面软件供应商成本增大，降低了自身利润，另一方面软件供应商为了不亏损不得不提高软件批发价格，导致汽车制造商利润也随之减少，并且汽车制造商利润减小的幅度大于软件供应商。在给定条件下，随着研发成本系数的增大，技术研发水平逐渐降低，其中成本分摊模式的技术研发水平最高，收入共享模式的技术研发水平居中，而外包模式的技术研发水平最低。

图2 技术研发成本系数对模式A各主体利润的影响

图3 技术研发成本系数对技术研发水平的影响

4.2 收入共享系数对相关参数的影响

在收入共享模式中，收入共享系数满足一定条件时，如图4所示，随着收入共享系数的增大，各主体利润都逐渐减少，验证了命题2，反之，随着软件供应商共享的利润比例增大，有效地促进了软件供应商的研发积极性，降低了研发风险，合作研发的获利程度增大，汽车制造商和软件供应商获得的利润也会增加。因此，在不损失自身利益的情况下，汽车制造商可以适当增加软件供应商的收入共享系数，达到互利共赢的局面。

图4 收入共享系数对模式B各主体利润的影响

4.3 成本分摊系数对相关参数的影响

在成本分摊模式中，成本分摊系数和收入共享系数满足一定条件时，如图5所示，随着成本分摊系数的增大，供应链各主体利润逐渐增大，验证了命题3。在一定范围内，汽车制造商分摊的成本越多，软件供应商承担的风险和压力就越小，就会积极地促进技术研发水平的提高，加上减少了研发成本，软件供应商也将获得更多的利润，汽车制造商也随之受益。

图5 成本分摊系数对模式C各主体利润的影响

4.4 收入共享系数和成本分摊系数对相关参数的综合影响

从图6可以看出，技术研发水平和单位产品利润与收入共享系数呈反比关系，与成本分摊系数呈正比关系，其中成本分摊模式的技术研发水平和单位产品利润高于收入共享模式，高于外包模式，并且成本分摊系数对技术研发水平和单位产品利润的影响程度大于收入共享系数对技术研发水平和单位产品利润的影响程度。

图6 收入共享系数和成本分摊系数对技术研发水平和单位产品利润的综合影响

从图7和图8可以看出，成本分摊系数一定时，收入共享系数与汽车制造商和软件供应商利润均呈反比关系，随着收入共享系数的增大，汽车制造商和软件供应商的利润均减小，汽车制造商拥有的比例越多反而越不利于自身的收益，这时应适当减少比例，提高软件供应商所占的比例，从而提高软件供应商研发的积极性，促进技术研发水平的提高，以带来更多的利润。当收入共享系数一定时，成本分摊系数与汽车制造商和软件供应商的利润均呈正比关系，随着成本分摊系数的增大，汽车制造商和软件供应商的利润均随之增大，汽车制造商分摊的成本越多，软件供应商承担的风险越少，就越能促进技术研发水平的提高，为两者带来更多的利润。但软件供应商获得的收入共享系数和汽车制造商承担的成本分摊系数并不是越大越好，应控制在有效范围内，超过范围双方不但不会提高利润，反而会带来亏损，不利于企业的发展。

图7 收入共享系数和成本分摊系数对模式C汽车制造商利润的影响

图8 收入共享系数和成本分摊系数对模式C软件供应商利润的影响

从图9可以看出，当收入共享系数和成本分摊系数满足一定条件时，成本分摊模式的汽车制造商利润和软件供应商利润是最大的，收入共享模式的汽车制造商利润和软件供应商利润居中，外包模式最小，随着汽车制造商和软件供应商合作研发的强度增加，既提高了软件供应商的研发积极性，也降低了研发风险，有效促进了技术研发水平的提高，不仅为软件供应商带来了更大的利润，也为汽车制造商带来更多利润。因此，在企业选择合作研发的同时，加强合作研发强度无疑是最优的。

图9 收入共享系数和成本分摊系数对汽车制造商和软件供应商利润的综合影响

5 结语

本文运用博弈论的相关方法研究了供应链中汽车制造商和软件供应商的合作研发模式，建立了三种不同的合作研发模型，并进行了数值分析，分析结果表明：（1）收入共享系数和成本分摊系数对软件供应商和汽车制造商的利润有着直接影响，其中收入共享系数与供应链各主体利润成反比关系，而成本分摊系数与供应链各主体利润成正比关系，软件供应商获得更高的收入共享系数，将更好地提高自身研发积极性，同时汽车制造商增加成本分摊系数，为软件供应商分摊更多的成本带来的风险和不确定性，无疑有利于合作研发，提高技术研发水平，为两者带来更多的收入；（2）合作研发的程度越深，对汽车制造商和软件供应商越有利，相比于外包模式，收入共享模式和成本分摊模式的技术研发水平以及各主体利润都更优，其中成本分摊模式是最优的，因此加大企业间的合作研发程度，将会带来更多的利润，实现双赢。