新能源汽車軟件供應商與汽車制造商合作研發策略研究

馬漢武，羅瑞恒

（江蘇大學 管理學院，江蘇 鎮江 212013）

0 引言

黨的二十大報告提出，要發展綠色低碳產業，倡導綠色消費，推動形成綠色低碳的生產方式和生活方式。新能源汽車以其環保、高效、低碳的特點，被認為是未來交通出行的主流選擇。發展新能源汽車成為汽車產業轉型升級的重要方向，是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路。2022年我國新能源汽車持續爆發式增長，產銷分別完成705.8 萬輛和688.7 萬輛，同比分別增長96.9%和93.4%，連續8年保持全球第一。

在汽車軟硬件解耦、分層趨勢下，軟件獨立成為核心零部件產品，汽車軟件產業鏈被重塑，供應商與車企的供應關系也在變化，傳統汽車供應鏈被打破，原有鏈條式的“供應”模式轉向扁平化的“合作”模式。隨著軟件定義汽車時代的到來，汽車軟件賽道高速增長，供應商們加緊各軟件層面布局，驅動汽車行業創新與技術迭代升級，以搶占軟件市場一杯羹。

當前我國新能源汽車制造商大多由傳統汽車制造商轉變而來，其核心技術大多由軟件供應商提供，只有少數企業能夠自主研發。而核心技術的研發往往會給軟件供應商帶來高風險和高成本，加上研發效率低下等問題，一方面導致軟件供應商研發的積極性不高，另一方面軟件供應商難以有效地研發出真正滿足用戶需求的技術。因此軟件供應商與汽車制造商聯合起來進行合作研發，有利于節約研發成本，提高研發效率。

目前在新能源汽車合作研發領域，主要的研究課題之一是如何強化供應鏈企業間的合作研發，這對于行業的長遠發展具有直接決定作用[1]。調查發現，目前新能源汽車產業鏈上的軟件供應商與汽車制造商已經開展不同程度的合作，如華為與廣汽合資研發新能源汽車、寧德時代與哪吒汽車在技術研發和供應鏈保障領域全面開啟戰略合作等，部分企業間的合作已取得良好的效果，因此對該領域進行研究意義顯著。軟件供應商和汽車制造商合作研發已經成為大勢所趨，本文從新能源汽車產業鏈的角度，建立汽車制造商和軟件供應商之間的Stackelberg博弈模型，探討二者合作研發與利益分配方式，并引入收入共享契約和成本分攤契約，針對新能源汽車合作研發與利益分配決策問題展開研究，在此基礎上提出合理的協調策略，總結管理經驗，為新能源汽車企業合作研發提供適當的建議。

1 研究綜述

關于新能源汽車研發問題，國內外眾多學者進行了相關研究。一方面是政府有關政策對于新能源汽車研發的影響，例如：賀勇，等[2]研究了政府分別依據減排研發和單位產品減排量進行補貼下供應鏈的最優決策問題。韓斌，等[3]鼓勵新能源汽車企業兼并重組，提出完善政府補助評價機制與建立新能源汽車企業協同創新平臺是提高新能源汽車企業創新效率的關鍵措施。Wu，等[4]研究發現在政府補貼和消費者綠色偏好的驅動下，制造商(營銷者)與科研院所(創新者)合作進行綠色技術研發的現象普遍存在，并且在研發成功后提供里程碑式的付款總是有利的，且深度研發合作更有利可圖。胡振華，等[5]得出當生產商參與新能源汽車研發有利時，即使沒有政府的激勵型政策，生產商也會選擇參與新能源的研發。熊勇清，等[6]提出在中國新能源汽車補貼退坡的背景下，加大非補貼型政策的實施力度，對于減少補貼依賴癥、有效激勵新能源車企的研發投入十分必要。姜彩樓，等[7]研究了政府補貼對新能源汽車企業自主研發和技術引進策略的影響，得出當政府補貼高于臨界值時，會促進新能源汽車企業自主研發，并且較高的研發成功率也會促進新能源汽車企業自主研發。李旭，等[8]提出雙積分政策顯著促進了新能源車企的研發投入，研發投入規模相比強度增長更明顯。同時王陽[9]探討了雙積分政策和研發投資策略的交互影響，研究表明提高研發投資水平能增加新能源積分。劉靜，等[10]研究發現當補貼門檻較高時，補貼政策不會影響新能源車企的產品研發行為，同時政府補貼在一定條件下會減少兩個新能源車企的利潤并增加產品對環境的影響。Sun，等[11]提出政府補貼對于緩解新能源汽車產業的資金短缺具有重要意義。Cabon-dhersin，等[12]研究發現有補貼的研發合作總是比沒有補貼的研發合作表現更好。

在探討企業選擇合作研發和非合作研發問題上，也有大量學者進行了研究，例如：Wu，等[13]探討了企業的技術能力和其研發戰略之間的相關性，研究表明企業層面的技術能力與生態創新績效正相關，技術能力較高的企業傾向于合作研發，而技術能力較低的企業則傾向于選擇內部研發。王陽[14]在雙積分政策背景下構建了傳統汽車制造商以自產與外包方式進入新能源汽車市場的生產研發博弈模型，研究表明進入新能源汽車市場對傳統汽車制造商總是有利的，傳統汽車制造商選擇外包模式優于自產模式。孫慧芳，等[15]分析了獨立生產研發和生產研發合作兩種研發策略，得出積分價格較高時，生產研發合作模式下會投入更多研發努力。馬亮，等[16]基于新能源汽車產業鏈的角度，建立了以提升續航能力為目標的合作研發和非合作研發博弈模型,認為合作研發更為有效。He，等[17]基于供應鏈中的權力視角理論，探討了雙積分政策對汽車行業供應商與制造商研發合作的影響，結果表明合作比不合作更能有效地促進雙方在燃油經濟性方面的研發投入。馬亮，等[18]考慮新能源汽車水平差異化程度，得出合作研發對企業更為有利。盧超，等[19]分析了研發合作與研發競爭兩種情形下的企業總研發值、總利潤以及社會福利函數的變化趨勢。Ghosh[20]考慮了當企業進行降低成本的合作研發時古諾和伯川德競爭的效率，研究發現在伯川德競爭下合作研發超過非合作研發的最小溢出高于古諾競爭下的最小溢出。

不少學者在其他方面也進行了相關研究，針對新能源汽車上下游企業合作創新穩定性問題，李文鶼，等[21]構建了以整車企業與電池企業為主體的演化博弈模型，發現在雙積分政策引導的市場牽引機制下，積分交易價格需足夠高才能有效牽引上下游企業合作創新。馬亮，等[1]對比分析了三種不同過度自信和完全理性條件下的電池生產商和汽車制造商合作決策結果，發現三種不同的過度自信都可促進雙方研發努力投入，使供應鏈整體效用提升，且在雙方都達到過度自信狀況下的促進作用最強。Wu，等[22]研究發現供應商傾向于與兩個制造商都合作，然而制造商更喜歡單獨合作，當制造商的研發效率相對較低時，他們將被迫接受供應商與兩個制造商都合作。王文賓，等[23]探討了各種質量研發模式對供應鏈成員利潤和消費者效用的影響，并利用二部定價契約協調供應鏈。馬淼淼，等[24]研究了收入共享契約和談判權力對供應鏈技術研發決策及成員利潤的影響，研究發現：雙積分政策的實施和消費者對新能源汽車的技術偏好總能刺激核心零部件供應商進行技術研發，收入共享能使核心零部件供應商提高技術研發，增加其利潤。Manuel，等[25]分析了生態創新對企業經營績效以及研發補貼和研發合作的聯合實施對企業經營績效的影響。Kim，等[26]研究了研發合作伙伴對不同類型產品創新的影響。

總結以上研究文獻可知，大多數研究是探討合作研發的可行性以及企業選擇合作研發亦或非合作研發，探討合作研發方式的研究較少，基于此，本文從汽車供應鏈角度出發，建立不同的契約模型，探討軟件供應商和汽車制造商合作研發與利益分配方式，為新能源汽車企業展開合作研發提供理論依據。

2 問題描述與假設

2.1 問題描述

本文考慮三種合作研發模式，在由軟件供應商和汽車制造商組成的供應鏈中，引入收入共享契約和成本分攤契約來協調供應鏈，分別探討軟件供應商和汽車制造商合作研發與利益分配方式。參考有關文獻，按照兩企業間合作強度可分為外包模式、收入共享模式和成本分攤模式三種合作研發模式，探討一定收入共享系數和成本分攤系數下，何種模式對供應鏈各主體更優，是否存在雙方互利共贏的局面。三種合作研發模式分別如下：

（1）外包模式。軟件供應商和汽車制造商之間進行最簡單的合作研發，軟件供應商負責研發技術，然后根據研發投入成本決定軟件技術批發價格，銷售給汽車制造商，汽車制造商根據軟件批發價格、市場需求以及汽車生產成本等情況確定產品的售價并銷售給消費者，雙方均以自身利潤最大化為目標。

（2）收入共享模式。在外包模式的基礎上，汽車制造商和軟件供應商加強兩者之間的合作程度，軟件供應商參與汽車制造商利益分配，軟件供應商根據自身研發投入決定軟件批發價格，批發給汽車制造商，汽車制造商根據軟件批發價格、市場需求以及汽車生產成本等情況確定產品的售價并銷售給消費者，汽車制造商獲取利潤，同時分配給軟件供應商一定比例的銷售利潤，提高軟件供應商研發積極性。

（3）成本分攤模式。在收入共享模式的基礎上，汽車制造商和軟件供應商再次加強兩者之間的合作程度，汽車制造商承擔軟件供應商一定比例的研發費用，降低軟件供應商研發風險，軟件供應商同樣根據自身研發投入決定軟件批發價格，批發給汽車制造商，汽車制造商根據軟件批發價格和市場需求情況確定產品的售價并銷售給消費者，汽車制造商獲取銷售利潤，同時軟件供應商獲得汽車制造商一定比例的銷售利潤。

2.2 模型假設

首先軟件供應商進行研發決策，參考馬淼淼，等[24]的研究，設技術研發水平為T，軟件供應商獨自承擔技術研發所產生的成本，c0為軟件供應商的初始生產成本。此時研發成本為：

其中m為研發成本系數，且m＞0。

軟件供應商將產品以批發價w批發給汽車制造商，汽車制造商再根據批發價、生產成本和市場需求的影響決定汽車的銷售價格pn。假定新能源汽車的市場需求為：

其中pn=w+w1+k，其他變量說明見表1。在后續的分析中，上標A、B、C分別表示外包模式、收入共享模式和成本分攤模式三種情形，其供應鏈結構如圖1所示。

圖1 供應鏈結構示意圖

3 模型構建與分析

3.1 外包模式

在此模式中，軟件供應商首先確定自己的技術研發水平T，并將產品以批發價格w批發給汽車制造商，汽車制造商根據批發價格和生產成本等確定產品銷售價格pn并銷售給消費者，此時汽車制造商、軟件供應商和供應鏈的利潤函數分別為：

根據Stackelberg博弈求解逆向歸納法，直接將汽車制造商銷售價格pn代入到供應鏈利潤函數中無法求出最優解，而pn=w+w1+k，因此可以先設定制造商決定單位產品利潤w1，軟件供應商再根據汽車制造商的信息決定其技術研發水平T和批發價格w，此時可以求出最優解。

將式（6）代入到式（4）中，分別對w和T求偏導，其Hesse矩陣如下：

對式（8）和式（9）進行聯立求解，得到軟件供應商的最優軟件批發價w和最優技術研發水平T分別為：

由前文假設pn=w+w1+k，得到制造商的單位產品利潤w1和最優銷售價格pn分別為：

將式（10）、式（11）和式（13）代入到式（3）—式（5）中，得到汽車制造商、軟件供應商和供應鏈的最優利潤函數分別為：

命題1 在外包模式中，技術研發水平、單位產品利潤和供應鏈各主體利潤均隨消費者對技術水平偏好的增加而增加。

證明：將TA、和ΠA分別對θ求一階偏導數，得到：

命題2 在外包模式中，技術研發水平、單位產品利潤和供應鏈各主體利潤均與技術研發水平成本系數成反比關系。

證明：將TA、和ΠA分別對m求一階偏導數，得到：

由命題1和命題2的結論可知，外包模式中，在一定范圍內，消費者對技術水平的偏好與技術研發水平成正比關系，偏好越高，技術研發水平越高，從而促進汽車制造商利潤和供應鏈利潤增加，而技術研發水平的增加將給軟件供應商增加成本，因此軟件供應商的利潤將減少；同時研發成本系數的提高也會給軟件供應商增加成本負擔，不利于技術研發水平的提高，因而軟件供應商和汽車制造商的利潤都將受到負面影響，供應鏈利潤也將因此減少。

3.2 收入共享模式

汽車制造商在社會責任履行中扮演著重要角色，而收入共享模式可以有效激勵軟件供應商履行社會責任。為此，汽車制造商可以適當將部分收入轉移給軟件供應商，以改善其獲利水平，并促使其更積極地履行社會責任，如果汽車制造商能夠在保證自身利潤大于無收入共享情況下的利潤的前提下，同時改善軟件供應商的獲利狀況，能使其更加積極地履行社會責任，這將有助于建立起長期的合作關系。因此，引入共享契約，設λ為汽車制造商的收入共享系數，汽車制造商實現收益后把λ比例的單位產品利潤作為自身利潤，其中λ∈(0，1)，此時軟件供應商可獲得1-λ比例的單位產品利潤。可以得到兩者利潤函數分別為：

將式（19）代入到式（18），結合pn=w+w1+k，可以得到軟件供應商的利潤函數為：

將式（20）分別對w和T求偏導，其Hesse矩陣為：

將式（22）和式（23）代入到式（17）-式（19）中，并根據前文假設pn=w+w1+k，可以得到收入共享模式中最優單位產品利潤、最優銷售價格和各主體最優利潤函數分別為：

命題3 收入共享模式中，技術研發水平、單位產品利潤以及各供應鏈主體利潤均隨收入共享系數的增大而減少。

證明：將T、pn、和ΠA對λ求一階偏導數，得到：

3.3 成本分攤模式

在收入共享模式的基礎上，考慮引入成本分攤契約，為提高軟件供應商研發的積極性和有效性，汽車制造商分攤部分軟件供應商進行技術研發產生的費用。設汽車制造商分攤的比例為β，且β∈(0,1)，則軟件供應商承擔研發費用的比例為1-β，在此情況下汽車制造商和軟件供應商的利潤函數分別為:

將式（31）代入到式（30），結合pn=w+w1+k，可以得到軟件供應商的利潤函數為：

將式（34）和式（35）代入到式（29）-式（31）中，并根據前文假設pn=w+w1+k，可以得到收入共享模式中最優單位產品利潤、最優銷售價格和各主體最優利潤函數分別為：

三種合作研發模式的均衡解見表2。

表2 三種合作研發模式的均衡解

命題4 成本分攤模式中，當收入共享系數一定時，技術研發水平、單位產品利潤和供應鏈各主體利潤與成本分攤系數均成正比關系。

證明：將T、pn、、和ΠC分別對β求一階偏導數，得到：

由命題4的結論可知，成本分攤模式中，當收入共享系數一定時，在一定范圍內，成本分攤系數與技術研發水平、單位產品利潤和供應鏈各主體利潤成正比關系，隨著汽車制造商分攤的研發成本增加，促進了軟件供應商技術研發，提高技術研發水平，從而促進各主體利潤增加。

命題5 成本分攤模式中單位產品利潤和技術研發水平優于收入共享模式中單位產品利潤和技術研發水平，優于外包模式中單位產品利潤和技術研發水平。

原始POI數據類型眾多，盡管每種類型的POI都有一定的影響范圍和關注人群，但是有些類型的POI分布比較密集并且公眾認知度很低[13]，如公交站、公共廁所、報刊亭等，這些類型的POI分布規律對識別功能區的作用不大，因此首先需要剔除這些類型的POI數據，選擇能夠明顯體現城市功能區特征的POI類型。

證明：令：

由命題5的結論可知，成本分攤模式中單位產品利潤和技術研發水平優于收入共享模式中單位產品利潤和技術研發水平，優于外包模式中單位產品利潤和技術研發水平。汽車制造商和軟件供應商加深合作研發，可以有效促進技術研發水平，增加單位產品利潤。

命題6 成本分攤模式中汽車制造商利潤和軟件供應商利潤均優于收入共享模式，同時收入共享模式中汽車制造商利潤和軟件供應商利潤均優于外包模式。

證明 令：

由命題6的結論可知，成本分攤模式中各主體利潤優于收入共享模式中各主體利潤，優于外包模式中各主體利潤。對于企業合作研發來說，三種模式中成本分攤模式無疑是最優的，無論是汽車制造商還是軟件供應商，其利潤都是最大的，因此企業間合作程度越深，越能提高收益，達到共贏。

4 數值分析

為探討新能源汽車軟件供應商和汽車制造商合作研發方式，對以上三種合作研發模式的模型及命題進行驗證，采用Matlab軟件進行數值仿真，驗證上文中理論結果的準確性，參考有關文獻，各參數取值分別 為：a=100，b=0.5，k=10，m=1.1，c0=5，λ=0.8，β=0.2，θ=1.2。

4.1 技術研發成本系數對相關參數的影響

從圖2和圖3可以看出，在外包模式中，隨著研發成本系數的增大，一方面軟件供應商成本增大，降低了自身利潤，另一方面軟件供應商為了不虧損不得不提高軟件批發價格，導致汽車制造商利潤也隨之減少，并且汽車制造商利潤減小的幅度大于軟件供應商。在給定條件下，隨著研發成本系數的增大，技術研發水平逐漸降低，其中成本分攤模式的技術研發水平最高，收入共享模式的技術研發水平居中，而外包模式的技術研發水平最低。

圖2 技術研發成本系數對模式A各主體利潤的影響

圖3 技術研發成本系數對技術研發水平的影響

4.2 收入共享系數對相關參數的影響

在收入共享模式中，收入共享系數滿足一定條件時，如圖4所示，隨著收入共享系數的增大，各主體利潤都逐漸減少，驗證了命題2，反之，隨著軟件供應商共享的利潤比例增大，有效地促進了軟件供應商的研發積極性，降低了研發風險，合作研發的獲利程度增大，汽車制造商和軟件供應商獲得的利潤也會增加。因此，在不損失自身利益的情況下，汽車制造商可以適當增加軟件供應商的收入共享系數，達到互利共贏的局面。

圖4 收入共享系數對模式B各主體利潤的影響

4.3 成本分攤系數對相關參數的影響

在成本分攤模式中，成本分攤系數和收入共享系數滿足一定條件時，如圖5所示，隨著成本分攤系數的增大，供應鏈各主體利潤逐漸增大，驗證了命題3。在一定范圍內，汽車制造商分攤的成本越多，軟件供應商承擔的風險和壓力就越小，就會積極地促進技術研發水平的提高，加上減少了研發成本，軟件供應商也將獲得更多的利潤，汽車制造商也隨之受益。

圖5 成本分攤系數對模式C各主體利潤的影響

4.4 收入共享系數和成本分攤系數對相關參數的綜合影響

從圖6可以看出，技術研發水平和單位產品利潤與收入共享系數呈反比關系，與成本分攤系數呈正比關系，其中成本分攤模式的技術研發水平和單位產品利潤高于收入共享模式，高于外包模式，并且成本分攤系數對技術研發水平和單位產品利潤的影響程度大于收入共享系數對技術研發水平和單位產品利潤的影響程度。

圖6 收入共享系數和成本分攤系數對技術研發水平和單位產品利潤的綜合影響

從圖7和圖8可以看出，成本分攤系數一定時，收入共享系數與汽車制造商和軟件供應商利潤均呈反比關系，隨著收入共享系數的增大，汽車制造商和軟件供應商的利潤均減小，汽車制造商擁有的比例越多反而越不利于自身的收益，這時應適當減少比例，提高軟件供應商所占的比例，從而提高軟件供應商研發的積極性，促進技術研發水平的提高，以帶來更多的利潤。當收入共享系數一定時，成本分攤系數與汽車制造商和軟件供應商的利潤均呈正比關系，隨著成本分攤系數的增大，汽車制造商和軟件供應商的利潤均隨之增大，汽車制造商分攤的成本越多，軟件供應商承擔的風險越少，就越能促進技術研發水平的提高，為兩者帶來更多的利潤。但軟件供應商獲得的收入共享系數和汽車制造商承擔的成本分攤系數并不是越大越好，應控制在有效范圍內，超過范圍雙方不但不會提高利潤，反而會帶來虧損，不利于企業的發展。

圖7 收入共享系數和成本分攤系數對模式C汽車制造商利潤的影響

圖8 收入共享系數和成本分攤系數對模式C軟件供應商利潤的影響

從圖9可以看出，當收入共享系數和成本分攤系數滿足一定條件時，成本分攤模式的汽車制造商利潤和軟件供應商利潤是最大的，收入共享模式的汽車制造商利潤和軟件供應商利潤居中，外包模式最小，隨著汽車制造商和軟件供應商合作研發的強度增加，既提高了軟件供應商的研發積極性，也降低了研發風險，有效促進了技術研發水平的提高，不僅為軟件供應商帶來了更大的利潤，也為汽車制造商帶來更多利潤。因此，在企業選擇合作研發的同時，加強合作研發強度無疑是最優的。

圖9 收入共享系數和成本分攤系數對汽車制造商和軟件供應商利潤的綜合影響

5 結語

本文運用博弈論的相關方法研究了供應鏈中汽車制造商和軟件供應商的合作研發模式，建立了三種不同的合作研發模型，并進行了數值分析，分析結果表明：（1）收入共享系數和成本分攤系數對軟件供應商和汽車制造商的利潤有著直接影響，其中收入共享系數與供應鏈各主體利潤成反比關系，而成本分攤系數與供應鏈各主體利潤成正比關系，軟件供應商獲得更高的收入共享系數，將更好地提高自身研發積極性，同時汽車制造商增加成本分攤系數，為軟件供應商分攤更多的成本帶來的風險和不確定性，無疑有利于合作研發，提高技術研發水平，為兩者帶來更多的收入；（2）合作研發的程度越深，對汽車制造商和軟件供應商越有利，相比于外包模式，收入共享模式和成本分攤模式的技術研發水平以及各主體利潤都更優，其中成本分攤模式是最優的，因此加大企業間的合作研發程度，將會帶來更多的利潤，實現雙贏。