基于演化博弈的新能源汽车共享策略研究

王海霞　周国林　刘翔　伏开放　王宣涛

關键词：演化博弈；新能源；汽车共享

中图分类号：F25224 文献标志码：A 文章编号：2096-7934（2023）01-0066-14

一、引言

近年来，居民经济水平的提高带动了私家车数量的急剧增长，进而导致了能源紧张、环境污染、交通堵塞和停车难等问题。据ShaheenandCohen［1］估计，一辆共享汽车可以替代私家车的数量为9到13辆。因此，汽车共享尤其是新能源汽车共享的发展能够有效缓解城市高速发展带来的一系列问题［2-5］。据了解，在当前国内汽车共享市场上，新能源汽车占比已达90%以上［6］。然而，迄今为止，无论是新能源汽车还是汽车共享的发展都十分有限。为了促进新能源汽车和汽车共享同时发展，国家和各地政府颁布并实施了多项措施［7-9］。汽车企业为了自身的长远发展和响应政府号召，每年都将生产或销售一定数量的新能源汽车，他们一方面将这些新能源汽车出售给消费者，另一方面，汽车共享逐渐成为他们将新能源汽车推向市场的主要途径之一。

汽车共享也叫分时租赁，是一种基于互联网和车联网，以小时或分钟计费为主，就近自助式取换的汽车租赁服务［10］。共享汽车与其他行业的共享有所不同，它是典型的重资产运营。除了共享汽车本身的生产或购买成本较高外，在汽车共享的实际运营中，车牌、停车位、充电桩、车辆调度以及其他相关日常维护工作等都要求企业有雄厚的资本和很强的运营管理能力。有关汽车共享的研究，目前已有不少。比如，王宁等［11］在实证分析的基础上对共享汽车的动态定价问题进行了研究。肖海燕［12］对公共交通、共享汽车和私家车之间的博弈进行了研究，通过演化分析发现，为了使三者之间的博弈能够达到均衡，政府需要增加公共交通的配套设施，增收拥堵费以及增加对共享汽车的补贴等。LindloffandKirstin等［13］将以行动者为中心的框架应用于德国汽车共享市场发展的背景下，研究了市场和非市场参与者在汽车共享扩散中的作用，结果表明，基础设施变量如停车位等是汽车共享扩散的决定性因素，尤其是随着近年汽车共享服务的增长，基础设施的重要性显得更为突出。Huietal［14］对中国杭州的汽车共享站点的运营状况进行了实证分析，结果表明汽车共享企业的运营特征受到政策因素和优惠活动因素的影响。HuandLiu［15］为汽车共享运营商提供了混合排队网络模型，以同时确定车队规模和车站容量。Carlieretal［16］基于有限共享车辆和工作人员的前提，以顾客满意度最大为目标建立了线性整数数学规划模型。Boyacietal［17］将优化模型分为站点聚类、运作优化、人员调配三个方面，以求得调配问题的最优解。GeorgeandCathy［18］，Fassietal［19］，构建了评估汽车共享停车点网络性能的模型，该模型的主要作用体现在当汽车共享服务的需求变化时，站点网络应该适应新的情况以更好地服务新兴需求。

尽管当前国内市场投入的共享汽车数量已在不断增多，但对消费者而言还存在一定的不便，这导致消费者使用量的不足［20］。基于这种现状，不同学者对消费者使用共享汽车的动机等进行了研究。赵敏和王善勇［21］对消费者使用共享汽车的意愿进行了研究。Colletal［22］发现，教育程度、流动性和家庭状况等成为影响用户汽车共享行为较大的因素。Atasoyetal［23］研究显示，当汽车共享企业增加投放车辆并举行一定的营销活动时，其客户量将会增加。ShaheenandCohen［24］通过对全球汽车共享领域的33位专家的调查发现，节约成本、方便停车和保证有停车位置是全球范围内汽车共享使用最常见的动机。而且，汽车共享对出行频率低的人群更具有吸引力，而对出行频率较高的人而言并不具备太大的吸引力。KumarandBierlaire［25］表示当用户所在地交通拥堵频率越高，用户越愿意选择汽车共享，即便为此要付出额外的费用。LorimierandEI-Geneidy［26］还表示，用户的环保意识越强，选择汽车共享的意愿越强，环保意识越弱，选择汽车共享的意愿越弱。王丽丽［27］对共享汽车的不同模式进行了比较分析，并对共享汽车行业当前面临的发展困境进行了阐述。

尽管当前关于汽车共享的研究已经不少，但对企业是否应该开展汽车共享业务的研究并不多。王海霞等［28］研究了汽车技术水平对汽车企业开展汽车共享业务的影响；卢珂等［3］对政府、企业和出行者三个群体之间的演化博弈进行了研究，结果表明在汽车共享产业的发展初期离不开政府的支持，而且为了使三方博弈达到均衡，政府应通过一定的措施降低私家车出行的效用。鞠鹏等［29］还建议，为了促进汽车共享的发展，政府部门应该对私家车实行动态收费模式。

如前文所述，新能源汽车共享的发展能够提高整个社会的福利，政府是有意愿支持企业开展汽车共享业务的。然而现实中，政府是否采取支持措施，取决于支持措施能给政府和社会带来的总效用的大小以及为此要付出努力的多少。不同城市的发展水平不同，消费者生活水平和消费习惯等也不尽相同。因此，不同城市的政府管理部门应该根据自己的实际情况决定是否为共享汽车的发展提供支持［30］。如果选择支持，则政府可以采取一定的措施减轻汽车共享企业的负担，以促进共享汽车的发展；如果不支持，那么政府什么都不用做。

易观调查结果显示，2019年5月至10月之间，国内共享汽车用户复合增长率达到221%，而且，共享出行有望成为未来的主流出行方式［10］。这说明消费者具有使用共享汽车需求，但前提是共享出行给他们带来的效用高于其他出行方式带来的效用。汽车共享用户用车效用的提高离不开企业运营管理成本的上升，而这将影响到企业自身的收益，进而影响企业决策。

二、基本假设和模型构建

本文主要考虑政府和新能源汽车企业两个群体之间的演化博弈。企业从自身利益最大化角度考虑，选择开展汽车共享业务或者不开展汽车共享业务。如果开展汽车共享业务，则企业的新能源汽车将被投放到共享业务中，如果不开展汽车共享业务，企业将通过其他途径将本企业的新能源汽车投入市场。政府从自身和社会福利最大化角度考虑是否对汽车共享业务提供支持。

假设1：只有政府和汽车企业两个群体参与博弈，且两个群体均为有限理性，并按照各自效用或利益最大化原则做出决策。

假设2：政府有两种策略可以选择，即支持汽车共享业务（记为A）和不支持汽车共享业务（记为NA）。当政府选择支持策略时，主要从以下三方面为企业提供帮助：

①根据企业发展中的实际需要，为企业提供车牌和停车位等方面的支持，令该支持力度为H。

②减免企业税收或提供财政补贴，该措施给企业带来的优惠总额为I。

③进行绿色出行理念的宣传（宣传力度为θ），提高公众对汽车共享的认知和使用率。将①和②称为经济支持，将③称为非经济支持。当政府支持汽车共享的发展时，其在公众中的公信力将得到提高，令提高程度为G，且G=H+I+θ。令政府对汽车共享业务的经济支持总和为O，则O=H+I；非经济支持的成本为1／2kθ²，k为政府非经济支持的成本系数。

假設3：汽车企业可选择的策略为开展汽车共享业务（记为B）和不开展汽车共享业务（记为NB）。如果企业选择开展共享业务，则有两方面的主要开支：

①解决共享汽车的车牌和停车位问题，为此需要付出的成本为C₁；

②汽车共享的日常运作管理，为此需要付出的成本为C₂。令企业开展汽车共享业务的总成本为C，则C=C₁+C₂。如果企业选择不开展汽车共享业务，则成本记为0。

假设4：以当前的社会福利水平为基准，当汽车企业开展汽车共享业务时，社会福利将得到提高，当汽车企业不开展汽车共享业务时，社会福利将降低。当企业开展汽车共享业务时，不仅可以减少城市汽车数量，还可以减少汽车尾气的排放，因此实现社会福利的增加；当企业不开展汽车共享业务时，虽然一些消费者会因使用新能源汽车而放弃对传统燃油车的使用，但并不能减少汽车的总数量，城市的交通拥堵和停车难等问题并不能得到改善，反而会因为新能源车辆的增加而更严重。因此，当企业不开展汽车共享业务时，社会福利是下降的。

假设5：当政府不支持汽车共享业务（NA）时，若企业不开展汽车共享业务（NB），令此时企业的收益为R_NA，NB，社会福利的降低程度为E_NA，NB；若企业开展汽车共享业务（B），令企业的收益为R_NA，B，社会福利的提高程度为E_NA，B，且E_NA，B>E_NA，NB。

当政府支持汽车共享业务（A）时，若企业不开展汽车共享业务（NB），令此时企业的收益为R_A，NB，社会福利的降低程度为E_A，NB；若企业开展汽车共享业务（B），令企业的收益为R_A，B，社会福利的提高为E_A，B。且满足以下关系式：

其中，λ_r为政府非经济支持行为对社会福利的影响系数；λ_e为政府非经济支持行为对企业收入的影响系数。

基于上述假设说明，可以得出不同策略组合条件下政府群体和企业群体的支付函数，构成博弈支付矩阵，具体如表1所示。

表1 非对称收益矩阵

三、演化博弈分析

（一）演化平衡点

令t时刻政府群体中采取支持汽车共享策略（A）的比例为x（0≤x≤1），采取不支持策略（NA）的比例为1－x；汽车企业群体中开展汽车共享业务（B）的比例为y（0≤y≤1），不开展汽车共享业务（NB）的比例为1－y。

令政府采取支持策略时的期望收益为EU_A，采取不支持措施时的期望收益为EU_NA，平均期望收益为EU。根据表1可得：

根据演化博弈理论［31-32］，可以得到政府采取支持策略的复制动态方程为：

五、算例分析

本文使用Matlab2016a软件作为数值仿真的工具，通过数值仿真的方法分析政府对汽车共享业务是否提供支持和汽车企业是否开展共享业务的演化路径及各参数对系统稳定状态的影响，以便更加直观的观察了解两群体之间的决策。为了让仿真结果更具有科学性和客观性，各参数的赋值均在满足上文的假设下随机赋值，在满足同样假设条件下参数赋值的变化并不会影响对应的仿真结果。

圖2是在各参数不变的情况下，依据方程（1）和（2），当x，y初始值x₀，y₀不同时，系统M的演化路径。由图2可以看出，当政府支持汽车共享的初始概率x0和汽车企业开展汽车共享的初始概率y0均较低时，系统最终将朝着（NA，NB）的方向演化，即政府最终的策略为不支持汽车共享，汽车企业最终的策略为不开展汽车共享业务；当政府支持汽车共享的初始概率x₀和汽车企业开展汽车共享的初始概率y0均较高时，系统最终将朝着（A，B）的方向演化，即政府最终的策略为支持汽车共享，汽车企业最终的策略为开展汽车共享业务。当政府支持汽车共享的初始概率x₀较低，即便企业初始时有较高的概率开展汽车共享业务，最终也将因为汽车共享的高运营成本而最终选择不开展汽车共享业务决策，系统M将稳定于（NA，NB）；当政府支持汽车共享的初始概率x0较高，即便汽车初始时开展汽车共享业务的概率较低，最终也将因为政府的大力支持而最终选择开展汽车共享业务，系统M将稳定于（A，B）。这与命题4（5）的结论相一致。

各参数值保持不变，令x₀的初始值分别为0.3和0.6，改变y₀的初始值，可得政府策略的演化路径，如图3所示。由图3可以看出，政府和企业的初始决策概率共同影响着政府演化的最终结果。当政府支持汽车共享和企业开展汽车共享业务的初始概率均较低时，政府的最终演化稳定决策将是不支持汽车共享；当政府支持汽车共享的初始概率均较低，但企业开展汽车共享业务的初始概率较高，政府单位的最终演化稳定决策将是支持汽车共享；当政府支持汽车共享和企业开展汽车共享业务的初始概率均较高时，政府单位的最终演化稳定决策将是支持汽车共享。

图2 系统M的演化路径

图3 政府策略演化路径

各参数值保持不变，令y₀的初始值分别为0.2和0.7，改变x₀的初始值，可得汽车企业决策的演化路径，如图4所示。由图4可以看出，政府和企业的初始决策概率共同影响着企业演化的最终结果。当政府支持汽车共享和企业开展汽车共享业务的初始概率均较低时，企业演化的最终结果是不开展汽车共享业务；当企业开展汽车共享业务的初始概率较低，政府支持汽车共享的初始概率均很高，企业的最终演化稳定策略将是开展汽车共享业务；当政府支持汽车共享和企业开展汽车共享业务的初始概率均较高时，企业的最终演化结果将是开展汽车共享业务。

图4 汽车企业策略演化路径

图5 政府经济支持O对系统M演化至（1，1）的影响

图5为政府对汽车企业的经济支持O对系统M均衡演化至稳定状态（1，1）的影响。由图5可知，在政府补贴O由0增加到5的过程中，系统演化到状态（1，1）的概率逐渐增大。在政府对汽车共享的经济支持O不断增加的过程中，企业开展汽车共享业务的总收入也在不断增加，因此，企业开展汽车共享业务的概率会随着政府经济支持力度的增加而增加。根据前文的分析，政府愿意提高对汽车共享业务的经济支持力度必定是汽车共享业务的开展可以提高社会的整体福利，在同等条件下，企业开展汽车共享业务概率的增加也将提高政府支持汽车共享业务的概率。这与命题5的结论一致。

图6和图7为政府非经济支持的成本系数k和企业开展共享业务时的运营成本C对系统M演化至稳定状态（1，1）的影响。由两图可直观看出，系统M演化至（1，1）的概率随着政府非经济支持的成本系数k和企业开展汽车共享业务时运营成本C的增大而降低。当k变大时，在宣传努力不变情况下，提高了政府的宣传成本，减小了政府支持汽车共享的积极性。这与命题5的结论一致。企业开展共享业务时运营成本C的增加更是直接降低了企业开展汽车共享业务的积极性。因此，k和C的变大都将降低系统M演化至（1，1）的概率。

图6 政府非经济支持成本系数k对系统M演化至（1，1）的影响

图7 企业共享时运营成本C对系统M演化至（1，1）的影响

图8和图9为政府非经济支持的社会福利的影响系数λe和企业收益的影响系数λr对系统M演化至状态（1，1）的影响。从图中可明显看出，政府非经济支持的社会福利影响系数和汽车企业收益影响系数越高，系统M演化至（1，1）的概率就越高。λe和λr越高，说明政府同样力度的非经济支持能够给社会福利和汽车共享企业收入带来更大的提高，因此，政府有足够的积极性对汽车共享业务提供非经济支持，企业开展汽车共享业务的积极性也将得到提高。

图8 政府非经济支持的社会福利影响系数λe对系统M演化至（1，1）的影响

图9 政府非经济支持的汽车企业收益影响系数λr对系统M演化至（1，1）的影响

六、结束语

本文通过演化博弈论研究了在新能源汽车共享方面政府和汽车企业的策略演化，研究结果表明：由政府和汽车企业组成的动态系统共有4个演化稳定状态，即（支持、开展）、（支持，不开展）、（不支持、开展）、（不支持、不开展），且在满足一定条件下，稳定状态（支持、开展）和（不支持、不开展）可能同时存在。从理想状态（支持、开展）的角度来看，若要使系统M演化至该状态，则政府需要加大对汽车共享业务的经济支持和非经济支持，以降低企业开展汽车共享业务时的运营成本并增加其收入，进而提高企业开展汽车共享业务的积极性。

但是，本文仅考虑了政府和汽车企业两个群体之间的演化博弈，没有考虑消费者在该演化中的影响。消费者本身具备的特征，如对汽车共享的了解程度、使用意愿、征信状况等都是汽车共享企业演化决策中不可忽略的因素。因此，在后续的研究中，将考虑加入消费者群体对汽车共享企业等决策的影响。

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ResearchonNew—EnergyVehicleSharingStrategy

BasedonEvolutionaryGame

WANGHai-xia，ZHOUGuo-lin，LIUXiang，FUKai-fang，WANGXuan-tao

（SchoolofBusinessandAdministration，GuangdongUniversityofFinance，Guangzhou，Guangdong510521）

Abstract：

Thereareasequenceofresearcheshavestudiedtheeffectsofsharingcaronthecitydevelopmentfromatheoreticalperspective.However，

inreality，thehighoperatingcostshavebecomeanimportantfactoraffectingtheprofitabilityofcarsharingcompanies，whichinturnaffectsthedecisionofcarcompaniestocarryoutcarsharingbusinessBasedontheliteraturereview，thispaper，bybuildinganevolutionarygamemodelbetweenthegovernmentgroupandtheautomobileenterprisegroup，analyzestheevolutionarystrategiesandthefinalstablestateofbothsidesofthegameTheresultsshowthatwhenthegovernment'ssupportforcar-sharingbusinessandtheoperatingcostofcar-sharingmeetdifferentvalueranges，therewillhavemultiplebalancesFinally，basedontheresultsofevolutionarystabilityandequilibrium，thegovernmentandenterprisesareexpectedtocontributetotheevolutionofthesystemtowardsanidealstate

Keywords：evolutionarygame;new—energy;carsharing

基金项目：广东省自然科学基金区域联合青年项目“跨境电商国际采购提前期不确定下的运输—保税仓库存联合优化与协调研究”（2020A1515110500）；广州市哲学社会科学发展“十三五”规划项目“经贸摩擦升级环境下跨国供应链弹性构建与协同优化研究”（2020GZGJ163）；广东省教育厅特色创新项目“跨境电商国际采购提前期不确定的供应-运输-保税仓多级跨国供应链博弈与协调机制研究”（2022WTSCX078）；广东省教育厅新冠肺炎疫情防控专项项目“新冠肺炎疫情对广东跨境电商供应链的影响及对策研究”（2020KZDZX1151）；廣东省普通高校特色新型智库项目“工业互联网应用与产业集群升级创新研究院”（2021TSZK012）