随着中国开始进入“汽车社会”，环境污染、能源稀缺和交通拥挤等问题引起全社会的关注。随着我国汽车的保有量的不断增长，控制机动车尾气污染物的排放是治理环境的一个很重要的手段，同时在一定程度上也可以减轻雾霾的形成。为了控制汽车尾气对环境的污染，各国也不断出台新标准和控制法规严格控制机动车排放问题。从目前的发展现状来看：降低汽油机尾气排放最有效最直接的方式就是电喷燃油结合三元催化转化技术，转化技术关键就是实现空燃比的精准控制，保证三元催化器的转化效率最高，所以对汽油机空燃比控制的研究具有重要的现实意义也是当前国内外的研究热点之一。通过对Hendricks发动机平均值模型的三大子模型进行深入分析，说明了油膜动态模型中，参数X和f的重要性，是发动机前馈补偿控制的关键。一般对于这两个参数的辨识都采用实验标定法和模型计算法，未考虑空燃比延迟问题。本文在考虑混合气空燃比延迟的基础上，建立了空燃比ARMA模型，利用最小二乘法对模型进行参数辨识，并在en-DYNA实时仿真平台验证辨识方法的正确性和可靠性。进气量是空燃比控制的核心，由于传感器仅能单向测量，会导致在突发状况发生时测量精度较低，所以本文建立了基于进气歧管压力的扩展卡尔曼滤波状态观测器，实现对进气量的观测，并根据en-DYNA实时仿真平台的实验数据验证了状态观测器的有效性与准确性。最后，本文设计了油膜补偿前馈控制器和PID反馈控制器，并在增加了油膜动态模型的en-DYNA实时发动机仿真平台上分别对开环未控制和闭环有控制状态下的发动机进行仿真，经过前馈补偿控制器和PID反馈控制后进入气缸的燃油量几乎与发动机ECU发出的指令燃油量相等，空燃比几乎一直维持在理论值。在同时施加扰动和白噪声干扰下，重新进行仿真，经过控制作用，进入气缸参与燃烧的燃油质量流量与指令燃油质量流量基本相等，空燃比可以控制在0.95-1.05之间。说明研究的控制策略在扰动和噪声的影响下，对空燃比的控制效果良好。