市场机制和政府监管下新能源汽车产业合作创新演化博弈研究

徐建中， 孙 颖

(哈尔滨工程大学 经济管理学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引言

随着21世纪面临气候变化及运输部门原油短缺的挑战，新能源汽车的发展被认为是一项特别有前途的战略，各国政府都在积极寻找有效方法推进汽车产业向环境可持续方向发展[1]。作为世界上最大的汽车市场，我国努力支持新能源汽车解决空气污染、气候变化和公共健康问题，包括启动了国家重大研究项目，解决了新能源汽车的一些基本问题；为促进国家战略目标的实现将新能源汽车产业列为七大战略性新兴产业之一[2,3]。所以，发展新能源汽车将是我国经济新常态下推动经济结构优化升级、实施创新驱动战略的必然选择。

近年来，关于环境问题的规制引起了各国政府和研究人员的广泛关注，各国政府之间就环境立法和责任达成了许多协议[4,5]。Hafezalkotob[6]认为政府财政干预包括对绿色和常规两个供应链竞争模型的影响，并揭示了政府关税和补贴对参与者利润的影响。Huang[7]分析了政府补贴激励促进新能源汽车发展，指出激励机制对促进新能源产业发展是行之有效的。新能源汽车的发展需国家战略体系的支撑，美国政府为推动其发展提出了减税补贴政策，加利福尼亚州，通过责成制造商减少高尾气排放车辆，对不遵守规定制造商实施处罚[8]。Holtsmark等[9]审查了挪威电动汽车政策包括免税和各种特权，讨论了该政策是否能够被其他国家加以实施，以达到预期的结果。Hirte等[10]讨论了新能源汽车是否该得到补贴及最佳补贴率。因此，采取相关政策措施和有效的政策机制来刺激新能源汽车市场是当务之急。

协同创新是以知识价值为核心的、以政府、产业、大学和科研机构为主体，以实现重大科技创新为目的大跨度集成创新组织模式[11]。Liu等[12]通过三螺旋理论分析相关企业、大学和科研机构在新能源汽车创新战略中的作用，及产学研合作对商业模式创新和技术创新的影响。陈芳等[13]认为产业发展主要由企业、学研机构、政府建立联盟关系共同参与推动，且新兴产业合作创新是创新主体内在演化动力与外部环境的相互交织与影响。陈文婕等[14]构建1992～2011年全球低碳汽车技术合作创新网络，分析低碳汽车技术合作创新网络特征及演化路径。新能源汽车技术的发展取决于产学研合作下的创新资源共享与优势互补，同时，政府部门的监管保障了各创新主体间的信息、知识的流动，对产学研一体化合作行为将具有重要意义[4]，政府以激励和监督措施的形式促进知识创新和技术创新，将更有效地提高国家创新能力。因此，探究政府监管下新能源汽车产业合作创新活动对推进创新主体间突破壁垒达到深度合作，有效集成创新能力意义重大。

随着演化博弈理论研究的深入，演化博弈论在经济管理中得到了广泛的应用，Barari等[15]使用演化博弈理论讨论了产品的绿色度对最大化经济效益的影响。Hirte等[16]运用演化博弈方法分析征税和补贴，以及社会效益和成本对电动汽车发展的驱动机制。还有学者利用博弈模型分析了财政补贴如何影响企业创新活动，对其演化稳定策略分析得出新能源汽车发展水平决定企业在获取补贴过程中采取的策略不一样[17]。曹霞等[18]基于演化博弈理论建立汽车制造企业与学研机构的演化博弈模型，分析政府对技术研发的支持力度、合作创新双方利益分配系数等对新能源汽车发展的影响。

通过梳理文献后发现现有研究为市场机制和政府监管下新能源汽车产业合作创新提供了重要理论依据，具有较高参考价值，但仍存在一些问题：尚未涉及对政产学研之间的新能源汽车合作，而在新能源汽车合作创新形成机制方面更多的是从企业角度出发，未考虑政产学研异质主体对新能源汽车合作创新的影响。在此基础上，本文提出市场机制和政府监管下新能源汽车产业合作创新演化博弈及仿真分析，运用复制动态方程，探讨在市场机制和行政监督机制之间各利益主体通过合作创新活动收集整理信息、吸收知识，依据复制动态方程和演化稳定策略，探究分析行政监管下如何促进新能源汽车合作创新。运用Matlab数值仿真进一步研究和验证，以期为制造企业和政府制定适当的法律政策促进产业从传统模式向绿色模式发展提供建设性意见。

1 基本模型与基本假设

1.1 基本模型

在现代高度复杂技术和跨学科研究的背景下，新能源汽车技术创新需要不同参与者间的合作，其中政府、企业、学研机构都是利益相关者。在新能源汽车合作创新过程中，每个主体首先考虑参与合作技术创新项目的投入和收益，以及其他利益主体的行为决策对其影响[19,20]。新能源汽车合作创新本质上即为协同主体间相互博弈的过程，通过合作创新来实现共赢符合博弈理论中多重合作博弈的特点，而合作过程中信息的不完全和合作主体的有限理性，则决定了合作过程的不确定性；合作主体间的策略选择相互影响和制约，其合作具有多次动态重复博弈的特征。企业在涉及合作创新时，将根据投入和收益做出判断，同时考虑学研机构提供的知识和技术服务及政府的监督和激励措施。

1.2 市场机制下的基本假设

创新主体合作推动新能源企业产业创新主要取决于获得的市场利益，同时，政府主管部门支持企业、高校、研究所等主体开展新能源汽车合作创新活动，形成密切的合作关系，也将为其提供补贴和其他奖励。为构建市场机制下新能源汽车产业合作创新演化博弈机制，文中参考[21,22]等文献资料的研究提出假设：

假设1市场机制中，学研机构主要负责新能源汽车技术创新，新能源汽车制造企业(以下统称企业)负责新能源汽车投入和运作，政府负责激励利益主体。新能源汽车合作创新主要由企业和学研机构两类不同的有限理性团体构成，通过分析收益情况作出选择是否参加合作创新活动。

假设2假设仅企业或学研机构进行创新的收益为Ri(=1,2)合作创新后获得的额外收益为ΔR，设企业分配到的收益为aΔR，学研机构分配到的收益为(1-a)ΔR。合作后的技术引进、人才培养等方面的成本投入为Ii(i=1,2)。

假设4政府补贴在新能源汽车合作创新活动的补贴系数为b，企业或学研机构获得的补贴金额为bIi(i=1,2)。

1.3 政府监管下的基本假设

假设5仅企业或学研机构参与的新能源汽车技术创新收入为R，合作收益为R′，合作中技术引进和人员培训投入为I，企业与学研机构合作带来的额外社会收益为S。

假设6为了激发新能源汽车合作创新主体间合作，政府对开展新能源汽车合作创新的主体给予经济补贴T及税收补贴，其中参与合作创新前后主体的税额分别为cR和c′R，同时未参与主体处罚F。

假设7政府制定和实施监管措施的成本为C，若政府不监管企业与学研机构合作创新造成新能源汽车产业滞后，产生经济损失Q。

2 市场机制下的决策机制

2.1 模型构建

设企业参与合作的概率设为x，学研机构参与合作的概率为y，在选择合作或不合作过程中，利益相关者希望最大限度发挥自身效用，即各主体间不断演化博弈。表1为在市场机制下企业、学研机构选择不同策略的支付矩阵。

表1 企业、学研机构博弈支付矩阵

企业选择合作策略的收益为：

UE1=y(R1+aΔR-I1+bI1) +

(1-y)(R1+W-I1-C1+bI1)

=R1+W-I1-C1+bI1+y(aΔR-W+C1)

(1)

企业选择不合作策略的收益为：

(2)

企业的平均收益为：

U1=xUE1+(1-x)US1

(3)

学研机构选择合作策略的收益为：

UE2=x(R2+(1-a)ΔR-I2+bI2)+

(1-x)(R2+W-I2-C2+bI2)

=R2+W-I2-C2+bI2+

x((1-a)ΔR-W+C2)

(4)

学研机构选择不合作策略的收益为：

(5)

学研机构的平均收益为：

U2=yUE2+(1-y)US2

(6)

根据文献[23]，运用以下两个微分方程组成的动态复制系统来演示企业和学研机构间的博弈过程：

(7)

2.2 稳定性分析

(8)

利用矩阵Det(J)和Tr(J)判断上述局部稳定点的稳定性，将(0,0)带入(8)式得：

(9)

此时Det(J)=(W-I1-C1+bI1)(W-I2-C2+bI2)，Tr(J)=(W-I1-C1+bI1+W-I2-C2+bI2)，当Det(J)>0且Tr(J)<0，企业和学研机构合作创新决策演化博弈的稳定点为(0,0)，可得出以下结论：

结论1当W-I1-C1+bI1<0且W-I2-C2+bI2<0时，企业和学研机构通过不断博弈，最后将选择参与不合作创新活动，(0,0)为系统的演化稳定点。因为当W-I1-C1+bI1<0且W-I2-C2+bI2<0时，企业的目标是做出最大化自身利益的决策，企业和学研机构对合作技术引进、人才培养投入的成本和机会成本及其他损失之和比当对方中途放弃合作所支付的赔偿金与政府补贴之和多。从经济收益角度分析，创新活动将承担较大风险，因此二者都会放弃合作创新活动。

以此类推，根据Det(J)和Tr(J)分析局部稳定点是否为系统的演化稳定点，将(0,1)，(1,0)，(1,1)分别带入(8)式，可得：

3 政府监管下的决策机制

3.1 模型构建

假设企业与学研机构选择合作的概率为x，不合作的概率为(1-x)；政府选择监管的概率为y，不监管的概率是(1-y)。表2为在行政监督机制下政府与企业、学研机构采取不同战略的博弈支付矩阵。

表2 政府与企业、学研机构博弈支付矩阵

企业、学研机构选择合作策略的收益是：

=R′-I-cR+y(cR-c′R+T)

(10)

企业、学研机构选择不合作策略收益是：

=R-cR-yF

(11)

企业、学研机构的平均收益是：

(12)

政府选择监管策略的收益是：

=F+cR-C+x(S-F+c′R-cR-T)

(13)

政府选择不监管策略的收益是：

(14)

政府的平均收益是：

(15)

所以，政产学研新能源汽车合作创新决策的动态演化过程可通过如下微分方程组成的动态复制系统来表示：

(16)

3.2 演化博弈稳定策略

(17)

利用矩阵Det(J)和Tr(J)判断上述局部稳定点的稳定性，将稳定点依次带入(17)式得：

结论5当R′-I-R<0且F-C+Q<0时，系统的演化稳定点为(0,0)，这时政府与企业、学研机构通过反复学习、改变策略的博弈，最终形成不监管不合作局面。企业、学研机合作产生的收益少于合作中技术引进、人员培训成本及自主创新利益之和，政府监管合作收益少于成本花销，最终企业、学研机构选择放弃合作，而政府也选择放弃监管。

结论6当R′-I-R+cR-c′R+T+F<0且F-C+Q>0时，(0,1)是系统的演化稳定点。表示政府监管新能源汽车产学研合作获得的额外收益大于零，所以无论企业、学研机构选择何种策略，政府都会选择监管合作策略。R′-I-R+cR-c′R+T+F<0经转化可得R′-I+T-c′R

结论7当R′-I-R>0且S+c′R-cR-C-T<0时，(1,0)为系统的演化稳定点，与结论6的分析相似，R′-I-R>0表示企业、学研机构合作创新策略获得利益大于其在选择自主创新获得利益。当处于该条件下，政府选择监管与否对企业、学研机构在新能源汽车合作创新活动中都不会产生经济损失，因而，企业、学研机构始终会参与合作创新活动。S+c′R-cR-C-T<0可转化为S+c′R-C-T

结论8当R′-I-R+cR-c′R+T+F>0且S+c′R-cR-C-T>0时，政产学研合作创新决策的演化稳定点为(1,1)，在这种情况下，企业、学研机构将参与合作创新活动、而政府也会采取监管措施，推进新能源汽车产业合作创新的发展，同时，也满足系统演化的理想状态。经过上述分析可知，只有满足R′-I+T-c′R>R-F-cR且S+c′R-C-T>cR时，政府会选择监管新能源汽车产学研合作创新活动，企业选择与学研机构开展新能源汽车合作创新策略。根据均衡点的影响因素，税率c和罚金额F越大，将越接近演化稳定点；额外社会收益S越大，均衡点越接近演化稳定点。因此，政府可采取适当增加税率和罚款等措施，增加额外的社会收益也将促进政产学研的合作。

4 数值仿真

4.1 参数设置

政府实施创新驱动型发展战略和新能源发展战略以促进经济蓬勃发展，且帮助和鼓励政府-产学研进行技术创新合作。如何有效提升政产学研合作创新是政府的工作重点，根据我国的实际情况，从市场机制和政府监管机制两个维度进行模拟实验。下面的仿真实验参数是从政府工作报告收集、从事新能源汽车产业领域的专家咨询、以及文献[24～27]中相关参数的设定经验，总结得出本文仿真实验的相关参数进行设置。

4.2 市场机制下的数值模拟分析

收益分配系数a对新能源汽车合作创新系统演化的影响。图1显示了在其他参数不变而收益分配系数a取值0.1、0.3、0.5、0.7、0.9条件下，企业与学研机构的演化行为。在初始概率x，y=0.5情况下，从图1(a)中可以看出，当a=0.1，0.3时，制造企业从合作中分配的利益较少，随着时间增长，企业将选择退出合作，而此时学研机构分配到的利益较大，学研机构将选择合作策略，但因企业的退出将无法达成最终的合作。从图1(b)中可以得出，当a=0.9时，因制造企业在合作中将获得利益较多，致使学研机构分配得到的利益较少，随着时间推移，最终学研机构将选择放弃合作。当a=0.5，0.7时，企业与学研机构均获得了适当的利益，所以他们都将选择合作策略。所以，适当的收益分配系数将促进企业和学研机构维护合作创新。

政府的补贴系数b对新能源汽车合作创新系统演化的影响，创新补贴是政府可以鼓励企业、学研机构实施合作创新的一种经济激励措施。图2显示了在其他参数不变而政府补贴系数b取值0.1、0.3、0.5、0.7、0.9条件下，企业与学研机构的演化行为。在初始概率x，y=0.5情况下，从图2(a)可以看出，当政府为鼓励企业参与合作创新活动而给予的经济补贴力度逐渐增加时，企业向稳定策略演化速度越来越快。与此同时，当补贴系数b=0.3时，系统的演化速度比b=0.1时快；当b=0.9时，系统的演化速度比b=0.7时快，但系统的演化速度变化却不明显。

(a)收益分配系数a对企业演化的影响

(b)收益分配系数a对学研机构演化的影响

(a)补贴系数b对企业演化的影响

(b)补贴系数b对学研机构演化的影响

同理，从图2(b)可以看出，当政府为鼓励学研机构参与合作创新活动而给予的经济补贴力度逐渐增多时，学研机构向稳定策略的演变速度逐渐增加。所以，政府需要给予企业与学研机构适当的经济补贴以鼓励他们积极开展新能源汽车合作创新活动，若政府给予较大幅度经济补贴，其激励的边际效应将有所减弱，而政府也将承担较大财政压力，会妨碍社会和谐发展。

违约金W对新能源汽车合作创新系统演化的影响。图3显示了在其他参数不变而违约金W取值0、3、6、8、10条件下，企业与学研机构的演化行为。在初始概率x，y=0.5情况下，从图3(a)可以看出，随着企业执行新能源汽车合作的违约金的增加，企业所参与合作创新活动向稳定策略演化速度逐渐增加。当W=0，3时，企业背叛合作付出的代价小于其获得的收益，即市场机制下对违约行为的惩罚力度较小。当W=6，8，10时，企业选择合作开展新能源汽车合作创新活动随着违约金值增加将增加其向合作策略演化速度。

同理，从图3(b)可以看出，随着学研机构执行新能源汽车合作的违约金的增加，学研机构所参与合作创新活动向稳定策略演化速度逐渐增加，较小的惩罚力度，将会导致投机行为的出现。即市场机制下对违约行为的惩罚力度加大会抑制企业与学研机构违约的投机行为。因此在企业和学研机构合作创新开展新能源汽车活动时，提高违约金值将促进双方合作参与新能源汽车活动的稳定性，企业和学研机构所在研发投入、技术与知识创新、成果转化和人才培养方面形成优势互补的合作共同体。

(a)违约金W对企业演化的影响

4.3 政府监管下的数值模拟分析

税率c对新能源汽车合作创新系统演化的影响。政府为了控制污染物的排放可以通过征收环境保护税来做出对企业的经济处罚，图4显示了在其他参数不变而税率c取值0.2、0.3、0.4、0.5、0.6条件下，企业与学研机构的演化行为，在初始概率x，y=0.5情况下，从图中可以看出，当c=0.2时，系统收敛到企业与学研机构不合作的非理想稳定状态；当c=0.3，0.4，0.5，0.6时，系统都将收敛到企业与学研机构合作创新的理想稳定状态，随着c的值越大，系统演化的速度也将越快，所以，第一、适当的增加税收将督促制造企业与学研机构参与新能源汽车合作的积极性；第二、政府为了鼓励利益相关主体积极参与新能源汽车合作创新活动给予税收优惠，降低了对企业盈利能力的影响，有利于企业技术创新投入力度和科技成果转化率，也将增加学研机构创新活力。

政府惩罚F对新能源汽车合作创新系统演化的影响。图5显示了在其他参数不变而政府惩罚F取值0、1、2、3、4条件下，制造企业与学研机构的演化行为，在初始概率x，y=0.5情况下，从图中可以看出，当F=0，1时，系统将收敛到不理想稳定状态，即当政府惩罚值较小时将不能督促产学研的合作创新，所以企业与学研机构选择不合作策略；当F=2，3，4时，随着政府惩罚值逐渐增大，系统收敛到理想稳定状态，且演变速度也越来越快，所以，适当的政府惩罚可以有效督促制造企业与学研机构参与新能源汽车合作创新活动。

社会收益S对新能源汽车合作创新系统演化的影响。图6显示了在其他参数不变而社会收益S取值4、5、6、7、8条件下及初始概率x，y=0.5情况下，从图中可以看出，随着制造企业、学研机构在新能源汽车合作创新过程带来的社会收益逐渐增高，系统也将逐渐以更快的速度收敛到理想状态。制造企业与学研机构在积极开展新能源汽车合作创新活动时，将推动创新水平，科技服务业发展和社会就业等方面。与此同时，在外在效应作用下，政府也会采取措施加快激励与监管程度促进制造企业与学研机构加速合作，推动利益主体积极投入到新能源汽车合作创新活动中，形成积极效应。

图5 政府惩罚F对系统演化的影响

图6 社会收益S对系统演化的影响

5 结论

本文运用演化博弈理论对政产学研新能源汽车合作创新的博弈演化过程进行研究，重点分析市场机制和政府监管机制下新能源汽车合作创新行为的博弈演化过程及其影响因素，并进行数值仿真模拟研究相关参数对合作创新决策的影响，研究结果表明：

(1)在市场机制下，政府采取适当的补贴激励政策对于鼓励企业与学研机构在新能源汽车活动中的合作具有重要意义，其将有效抵消采用绿色制造技术的成本。合理的收益分配系数对企业与学研机构的决策结果也将有显著影响，当企业分配的收益较多将造成学研机构放弃合作，同样，当学研机构获得较多收益时，企业将放弃合作，适当的收益分配系数将促进企业和学研机构维护合作创新。对企业与学研机构制定的违约赔偿金额越高，该系统演化发展速度越快，将越快的达到合作战略的理想稳定状态。

(2)在政府监管机制下，合理的税率有利于提高系统的收敛速度，使其达到理想的稳定状态，对于积极参与新能源汽车合作创新活动的主体政府给予税收优惠，有利于制造企业技术创新投入力度和科技成果转化率，也将增加学研机构创新活力。同时，合理的行政处罚有助于促进制造企业与学研机构合作的理想稳定状态发展。

(3)传统意义上的政府是作为非市场利益主体，在新能源汽车合作创新活动中也有自己的利益诉求，例如，制造企业与学研机构在新能源汽车活动中的合作带来了额外的社会收益，这将增加政府参与新能源汽车合作创新活动的积极性。

基于以上结论，给出如下建议：

(1)政策制定者应密切关注我国新能源汽车产业与市场发展情况，制定符合新能源汽车产业合作创新发展的科技支持政策，适度提高补贴力度将促进企业与学研机构合作参与新能源汽车活动的稳定性及制造企业和学研机构所在研发投入、技术与知识创新、成果转化。

(2)完善政府监管制度，有针对性的制定税收优惠政策，科学引导制造企业与学研机构积极参与新能源汽车合作创新。与此同时，产学研合作创新参与主体要制定合理的收益分配机制及违约赔偿机制，以此达到参与主体互利共赢，促进社会和谐发展。

(3)建立有效的行政处罚机制，对参与新能源汽车合作创新的主体产生监督作用。合理的行政处罚有助于稳定产学研合作的理想稳定状态，进而推进政产学研合作创新和新能源汽车市场健康发展，将自主创新进行到底。

本研究在一定意义上揭示了政府、企业与学研机构在新能源汽车合作创新中的行为决策，分析了面向市场政策如何影响参与主体的合作行为，为政产学研合作的新能源汽车稳定发展提供了一定的参考依据。但本文处在一定的不足：

(1)本文利用模拟条件下的仿真值进行研究，只反映大概情况，缺乏实际数据的支持，未来可以进行基于客观统计实际数据的实证分析。 (2)因演化博弈支付矩阵的参数限制，没有对影响政产学研合作创新活动的稳定性的全部因素进行分析，后续的研究将对此问题进行深入探讨。