汽车是当今社会生活中一种不可缺少的交通运输工具,而发动机作为汽车的心脏,其性能好坏直接影响汽车的性能。要达到同时实现低排放、低油耗以及高动力性能的要求,不仅要控制汽油机燃油喷射量和点火正时,同时还必须对空燃比进行精确控制。传统的空燃比控制策略是依靠大量的标定实验获得控制MAP图,发动机运行完全依赖查表获得的参数。采用基于模型的空燃比控制策略实现发动机的空燃比控制,不但可以减少开发过程中标定实验的工作量,而且可以提高系统的鲁棒性能。本文主要研究基于状态观测器的空燃比控制问题,在借鉴国内外研究成果的基础上,就空燃比均值模型的搭建、卡尔曼状态观测器的搭建、空燃比控制算法研究及快速控制原型实验等方面进行了详细地论述。首先,利用平均值理论对空燃比系统进行建模,然后从enDYNA虚拟发动机模型中获取均值模型参数,并利用enDYNA虚拟发动机模型对均值模型进行校验。其次,介绍了经典卡尔曼滤波算法及滤波发散问题,然后利用它进行空燃比控制方法的研究。最后,基于dSPACE系统及xPC Target实时环境搭建快速控制原型实时实验平台。并针对所设计的控制器、分别对汽油机空燃比均值模型和精确汽油机模型enDYNA进行离线实验,还对enDYNA虚拟发动机模型进行快速控制原型实验。该实验进一步验证了算法的有效性和在实际应用中的可行性。