馬 亮,郭鵬輝
(蘭州理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,甘肅蘭州 730050)
發(fā)展新能源汽車是緩解能源安全、環(huán)境污染的重要手段,引起了世界各國的廣泛關(guān)注,我國政府高度重視新能源汽車產(chǎn)業(yè),并將其確定為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一[1]。經(jīng)過多年的發(fā)展,我國新能源汽車在產(chǎn)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(xù)航里程不足、充電基礎(chǔ)設(shè)施不完善等短板依然存在,遠(yuǎn)程公交、長途運輸?shù)壤m(xù)航需求仍不能滿足,在充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)短期無法根本改善的情況下,提升汽車?yán)m(xù)航能力成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的焦點。新能源汽車的續(xù)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(xí)慣等有關(guān)。電池作為關(guān)系新能源汽車?yán)m(xù)航能力的核心部件,其能量密度是制約續(xù)航能力的關(guān)鍵因素,因此提高能量密度是電池生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)的重點。然而,受財政補貼持續(xù)退坡的影響,電池生產(chǎn)企業(yè)的毛利壓縮,研發(fā)動力降低,作為電池產(chǎn)品消費主體的新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)急需采取相應(yīng)的措施來激勵電池生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā),以此滿足消費者對續(xù)航里程的需求。因此,僅從新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)或電池生產(chǎn)企業(yè)一方很難解決新能源汽車的續(xù)航能力問題,有必要從產(chǎn)業(yè)鏈的角度研究新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)和電池生產(chǎn)企業(yè)在研發(fā)方面的配合,以期達到提高汽車?yán)m(xù)航能力的目的。基于此,本文從新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的角度,建立合作研發(fā)和非合作研發(fā)博弈模型,研究產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)之間的研發(fā)機制,并設(shè)計了研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s、約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s,同時對產(chǎn)業(yè)鏈的利潤、新能源汽車的續(xù)航能力展開討論和分析,探索能兼顧提高產(chǎn)業(yè)鏈利潤和提升新能源汽車?yán)m(xù)航能力的契約模型,以期為提高企業(yè)研發(fā)積極性、提升續(xù)航能力提供決策支持。
本文的研究主要涉及合作研發(fā)、新能源汽車采用以及新能源汽車研發(fā)等方面。圍繞合作研發(fā),傅建華等[2]考慮研發(fā)對產(chǎn)品成本的影響,構(gòu)建了雙寡頭企業(yè)三階段動態(tài)博弈模型,比較了合作研發(fā)和非合作研發(fā)下研發(fā)投資效率,認(rèn)為合作研發(fā)優(yōu)于非合作研發(fā);鄧若冰等[3]考慮了研發(fā)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響,建立了三階段動態(tài)博弈模型,研究了不同研發(fā)模式下企業(yè)的最優(yōu)決策和政府的最優(yōu)補貼政策,認(rèn)為在技術(shù)溢出較高的情況下,合作研發(fā)模式下最優(yōu)補貼強度較低;蘇中鋒[4]研究了在合作研發(fā)成員之間技術(shù)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(rèn)為契約控制和信任控制均對研發(fā)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(yè)共性技術(shù)合作研發(fā)博弈模型,研究了研發(fā)能力對合作研發(fā)行為的影響,認(rèn)為引致成本具有減小甚至抵消產(chǎn)業(yè)規(guī)模對合作研發(fā)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(yōu)決策問題,并對比了兩種決策情況下的異同,認(rèn)為合理調(diào)整資金投入和知識投入能夠促進合作研發(fā)的成功;Banerjee等[7]研究了供應(yīng)鏈上下游企業(yè)合作研發(fā)情形下的固定交易價格契約對研發(fā)投入的影響,認(rèn)為采用固定交易價格契約能夠促進企業(yè)的創(chuàng)新;Erzurumlu等[8]研究了供應(yīng)鏈上下游企業(yè)之間的創(chuàng)新合作,并分析了不同企業(yè)進行合作創(chuàng)新時的投資策略。
關(guān)于新能源汽車采用方面的研究,學(xué)者們大致從補貼和續(xù)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(zhì)性建立了兩階段效用模型,分析了產(chǎn)品耐用度、產(chǎn)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(yīng)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(yīng)鏈最優(yōu)定價以及期望銷量的影響;程永偉等[11]采用博弈論與系統(tǒng)動力學(xué)相結(jié)合的方法建立了新能源汽車供應(yīng)鏈生產(chǎn)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(diào)節(jié)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(chǎn)業(yè)的影響;孫紅霞等[14]建立政府和新能源汽車企業(yè)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(yè)的行為變化。在續(xù)航能力對新能源汽車采用的影響方面,Avci等[15]根據(jù)消費者的里程焦慮和高電池成本負(fù)擔(dān)提出了以建立電動汽車換電站系統(tǒng)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(shù)學(xué)模型分析了用戶的續(xù)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(rèn)為充電基礎(chǔ)設(shè)施不完善、里程焦慮是主要影響因素;Tan等[20]對國內(nèi)10個城市的1萬輛新能源汽車對城市空氣質(zhì)量影響進行了實證研究,認(rèn)為新能源汽車的大力推廣可以降低城市的環(huán)境污染。
許多學(xué)者也對新能源汽車研發(fā)展開了研究,如:盧超等[21]、馬亮等[22]研究了合作研發(fā)與非合作研發(fā)情形下新能源汽車企業(yè)的研發(fā)投入決策及其對企業(yè)利潤的影響;馬亮等[23]還從產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)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(chǎn)業(yè)鏈利潤的大小,認(rèn)為一體化決策更有效。在補貼對新能源汽車研發(fā)影響方面,熊勇清等[24]運用新能源汽車上市公司的數(shù)據(jù)構(gòu)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(fā)積極性的激勵效果;鄭吉川等[25]認(rèn)為組合使用“逆溢出率變化”的研發(fā)補貼政策和雙積分政策,能夠有效激發(fā)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的研發(fā);鐘太勇等[26]借助信號博弈模型研究了政府根據(jù)新能源汽車企業(yè)的不同研發(fā)水平采取的不同補貼策略,為刺激新能源汽車企業(yè)研發(fā)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(yè)R&D強度的動態(tài)關(guān)系,認(rèn)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(xiàn)有相關(guān)文獻,在新能源汽車領(lǐng)域的研究中,大多數(shù)學(xué)者從企業(yè)個體的角度研究了新能源汽車采用及研發(fā)問題,部分學(xué)者從新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的角度研究了產(chǎn)業(yè)鏈最優(yōu)研發(fā)決策方式,然而,在明確新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈合作研發(fā)更優(yōu)的情況下,鮮少有學(xué)者進一步設(shè)計產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)契約來尋求新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈合作研發(fā)的真正實現(xiàn)。本文從新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的角度建立合作研發(fā)和非合作研發(fā)模型,驗證兩種情況下的研發(fā)結(jié)果,設(shè)置研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s、約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s,主要討論以下問題:(1)通過設(shè)計研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s和約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s,是否可以達到產(chǎn)業(yè)鏈合作研發(fā)水平或優(yōu)于合作研發(fā)績效水平;(2)兩種契約下新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)成本分?jǐn)偙壤龑π履茉雌嚴(yán)m(xù)航能力的影響。
目前我國的新能源汽車補貼依據(jù)是新能源汽車的續(xù)航里程,在財政補貼退坡甚至取消的形勢下,汽車生產(chǎn)企業(yè)如何與電池生產(chǎn)企業(yè)合作,研發(fā)生產(chǎn)高續(xù)航能力的汽車是新能源汽車產(chǎn)業(yè)面臨的重要問題。從汽車產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)的角度考慮上下游企業(yè)之間的合作,尋求能夠使產(chǎn)業(yè)鏈利潤和新能源汽車?yán)m(xù)航能力最大的研發(fā)契約機制是本文的研究思路和創(chuàng)新點。
本文考慮由一個新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)和一個電池生產(chǎn)企業(yè)構(gòu)成的產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng),開展提高續(xù)航能力的研發(fā)活動,相關(guān)符號說明如下:
β為約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s中,電池價格占新能源汽車價格的比例。
根據(jù)研究需要,本文作出以下假設(shè):
根據(jù)以上假設(shè),電池生產(chǎn)企業(yè)的利潤為:

新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)的利潤為:

新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈合作研發(fā)時,電池生產(chǎn)企業(yè)和新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)均以整個產(chǎn)業(yè)鏈的利潤最大化為目標(biāo),產(chǎn)業(yè)鏈的利潤函數(shù)為:

新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈非合作研發(fā)時,首先電池生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)研發(fā)成本確定電池的續(xù)航能力和價格,然后新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)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(chǎn)業(yè)鏈利潤最大化,假定存在約束條件:非合作研發(fā)決策實際上是完全信息動態(tài)博弈,用逆向歸納法求解。最優(yōu)解為:

即非合作研發(fā)時,產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)電池生產(chǎn)企業(yè)和新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)的最優(yōu)決策為,產(chǎn)業(yè)鏈的利潤為。通過對合作與非合作研發(fā)時的最優(yōu)解比較,可得如下命題:
證明:

命題1說明,合作研發(fā)比非合作研發(fā)時的新能源汽車?yán)m(xù)航能力更高、產(chǎn)業(yè)鏈利潤更大,因此,新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈合作研發(fā)決策優(yōu)于非合作研發(fā)決策,這與文獻[23]的結(jié)論類似。
在市場經(jīng)濟條件下,企業(yè)以追求自身經(jīng)濟利益最大化為導(dǎo)向,自發(fā)地以產(chǎn)業(yè)鏈整體利潤最大化為目標(biāo)的合作研發(fā)很難實現(xiàn),因此,我們設(shè)置以下兩個產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)契約機制,以期實現(xiàn)達到或優(yōu)于合作研發(fā)時的效果。
在補貼退坡的背景下,如果電池生產(chǎn)企業(yè)獨自承擔(dān)研發(fā)成本,其研發(fā)積極性必然降低,因此,為了激勵電池生產(chǎn)企業(yè)開展研發(fā),設(shè)計研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s,要求新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)分?jǐn)傄徊糠蛛姵匮邪l(fā)費用,其中新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)分?jǐn)偟谋壤秊棣拢隆剩?,1],則電池生產(chǎn)企業(yè)承擔(dān)研發(fā)的比例為1-β,新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)和電池生產(chǎn)企業(yè)的利潤函數(shù)分別為:

將式(19)對價格 求導(dǎo)并令其為0,可得:

將式(20)代入式(18),對其關(guān)于 和g的一階偏導(dǎo)數(shù)并令為0,聯(lián)立求解,可得:

進一步,設(shè)計約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s,要求新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)分?jǐn)傄徊糠盅邪l(fā)成本,并對電池的價格進行約束。類似于王一雷等[28]對產(chǎn)品批發(fā)價格的約束,本文設(shè)新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)分?jǐn)傠姵厣a(chǎn)企業(yè)的研發(fā)成本比例為[0,1],令電池的價格為,其中,則電池生產(chǎn)企業(yè)和新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)的利潤函數(shù)分別為:

將式(30)代入式(28),對其關(guān)于 和g的一階偏導(dǎo)數(shù)并令為0,聯(lián)立求解,可得:


命題2:在約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下,新能源汽車?yán)m(xù)航能力g隨著新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)成本分?jǐn)偙壤碌脑龃蠖龃螅S著電池價格占新能源汽車價格比例λ的提高而增加。

在產(chǎn)業(yè)鏈合作研發(fā)以及兩種研發(fā)契約下,新能源汽車?yán)m(xù)航能力g和產(chǎn)業(yè)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(xù)航能力及產(chǎn)業(yè)鏈利潤
通過比較表1中新能源汽車?yán)m(xù)航能力、產(chǎn)業(yè)鏈利潤,可得如下命題:
命題3:合作研發(fā)和研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下汽車?yán)m(xù)航能力取決于研發(fā)成本分?jǐn)偙壤?dāng)研發(fā)成本分?jǐn)偙壤哂?/2時,研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下新能源汽車的續(xù)航能力高于合作研發(fā)下的新能源汽車?yán)m(xù)航能力。
證明:

命題3說明,如果新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)愿意為汽車?yán)m(xù)航能力的提升分?jǐn)傄话胍陨系难邪l(fā)成本,則研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s對續(xù)航能力的提升更有效。
命題4:研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的利潤小于合作研發(fā)下的利潤。


命題3和命題4說明,研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s可以實現(xiàn)新能源汽車?yán)m(xù)航能力大于合作研發(fā)決策下的續(xù)航能力,但是其產(chǎn)業(yè)鏈利潤小于合作研發(fā)下的產(chǎn)業(yè)鏈利潤。如果新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)愿意為激勵電池生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)更高續(xù)航能力的電池而犧牲部分利潤,則采用研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s是比采取合作研發(fā)決策更優(yōu)的選擇。
命題5:研發(fā)成本分?jǐn)偙壤屡c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(fā)成本分?jǐn)偲跫s下新能源汽車?yán)m(xù)航能力大于合作研發(fā)下的續(xù)航能力。

契約中新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的利潤大于合作研發(fā)下新能源汽車產(chǎn)業(yè)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(fā)成本分?jǐn)偲跫s可以實現(xiàn)汽車?yán)m(xù)航能力大于合作研發(fā)決策下的續(xù)航能力,同時也可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈利潤大于合作研發(fā)下的利潤。綜合考慮新能源汽車?yán)m(xù)航能力和產(chǎn)業(yè)鏈利潤,則約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s是比合作研發(fā)決策、研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s更優(yōu)的選擇。
在本文研究假設(shè)的基礎(chǔ)上設(shè)定參數(shù)取值,比較分析產(chǎn)業(yè)鏈合作研發(fā)、非合作研發(fā)、研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s、約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s4種情況下新能源汽車?yán)m(xù)航能力和產(chǎn)業(yè)鏈利潤,并驗證上述結(jié)果。取
從圖1(a)可知,研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下汽車的續(xù)航能力最高,非合作研發(fā)下的新能源汽車?yán)m(xù)航能力最低,而約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下新能源汽車的續(xù)航能力值接近于合作研發(fā)下的續(xù)航能。為了更清晰反映 與 的大小,由圖1(b)我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)消費者對新能源汽車的續(xù)航能力敏感程度較低時,合作研發(fā)下的新能源汽車?yán)m(xù)航能力大于約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s;當(dāng)消費者對新能源汽車的續(xù)航能力敏感程度較高時,合作研發(fā)的新能源汽車?yán)m(xù)航能力小于約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s。總之,如果產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)滓繕?biāo)是新能源汽車?yán)m(xù)航能力的提升,則研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s是最優(yōu)的選擇。

圖1 不同條件情況下新能源汽車?yán)m(xù)航能力的仿真比較
從圖2(a)可知,合作研發(fā)決策下新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的利潤最高,研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈利潤最低,約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈利潤小于合作研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈利潤,但接近于合作研發(fā)決策產(chǎn)業(yè)鏈利潤,非合作研發(fā)決策下的產(chǎn)業(yè)鏈利潤處于中游水平。為了更清晰展示∏*和∏***的大小關(guān)系,由圖2(b)(仰視圖)進一步驗證了約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下的產(chǎn)業(yè)鏈利潤接近于合作研發(fā)下新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的利潤。

圖2 不同條件情況下新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈利潤的仿真比較
本文從新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的角度分別建立了合作研發(fā)、非合作研發(fā)博弈模型,設(shè)計了兩種不同的研發(fā)契約,研究了新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈中電池生產(chǎn)企業(yè)和新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)之間的研發(fā)機制問題,將兩種不同研發(fā)契約與合作研發(fā)下的汽車?yán)m(xù)航能力、產(chǎn)業(yè)鏈利潤做比較,得出以下結(jié)論:
(1)新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈合作研發(fā)下的最優(yōu)決策解大于非合作研發(fā)下的最優(yōu)決策解,合作研發(fā)優(yōu)于非合作研發(fā)。
(2)研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下的新能源汽車?yán)m(xù)航能力與新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)分?jǐn)偟难邪l(fā)成本比例有關(guān),分?jǐn)偙壤^高時,此契約下新能源汽車?yán)m(xù)航能力高于合作研發(fā)下的續(xù)航能力,但產(chǎn)業(yè)鏈利潤小于合作研發(fā)下的產(chǎn)業(yè)鏈利潤。
(3)約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s下新能源汽車?yán)m(xù)航能力大小和產(chǎn)業(yè)鏈利潤均與電池價格占新能汽車價格的比例系數(shù)、研發(fā)成本分?jǐn)偙壤禂?shù)有關(guān),當(dāng)比例系數(shù)滿足一定條件時,此契約下新能源汽車?yán)m(xù)航能力、產(chǎn)業(yè)鏈利潤均大于合作研發(fā)下的值。
根據(jù)以上結(jié)論,我們有如下啟示:
(1)新能源汽車電池生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強學(xué)習(xí)、積極創(chuàng)新、努力探索與實踐,培育研發(fā)創(chuàng)新能力,從源頭提升新能源汽車?yán)m(xù)航能力。
(2)新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)肩負(fù)起更多社會責(zé)任和產(chǎn)業(yè)發(fā)展責(zé)任,盡可能多地分?jǐn)傠姵匮邪l(fā)成本、生產(chǎn)銷售高續(xù)航能力的新能源汽車,滿足用戶的需求,減輕能源和環(huán)境的壓力。
(3)政府應(yīng)出臺相關(guān)政策,激勵新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈采用約束電池價格的研發(fā)成本分?jǐn)偲跫s,同時為產(chǎn)業(yè)鏈成員企業(yè)之間創(chuàng)造更好的合作研發(fā)環(huán)境,積極引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)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(yè)的宣傳銷售力度、雙積分政策對新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈成員決策與汽車?yán)m(xù)航能力的影響,這是下一步的研究方向。