汽车工业的飞速发展在给人们的生活带来了极大便利的同时，也使得能源匮乏和环境污染变成了人类不得不面对的巨大挑战之一。为了实现汽车低排放、低能耗的目标，汽车工程师和学者们提出了很多新技术来提高汽车发动机的性能。汽油机涡轮增压技术可以有效提高同等排量的汽车发动机功率，且相对油耗较少，因此在汽车产品中得到了广泛应用。本文以四缸涡轮增压汽油发动机为研究对象，基于扭矩需求为中心的控制思想，设计了以扭矩需求为中心的涡轮增压汽油机气路控制系统。基于平均值建模机理，结合工程中常用的map，推导了机理/map混合描述的涡轮增压发动机气路模型，该模型主要由气路模型和涡轮增压系统模型两部组成。首先，根据涡轮增系统的机械结构特性及工作原理，建立了涡轮增压系统模型，在分析涡轮增压系统对普通汽油机气路系统影响的基础上，重新标定了容积效率map等参数，进而得到了涡轮增压发动机气路系统模型。其次，为了保证模型的精度，将本文在Simulink中搭建的涡轮增压发动机气路系统模型利用高精度发动机动力学仿真软件enDYNA进行了模型的验证，通过仿真结果验证了本文所搭建的模型的精度。本文基于涡轮增压发动机气路模型，设计包含节气门开度规划跟踪控制器和涡轮排气阀控制器的气路控制系统。首先，基于模型逆动力学理论，由期望的扭矩需求，通过模型逆推得到了期望的节气门开度，进而通过节气门开度的跟踪控制实现期望的扭矩需求；其次，针对涡轮增压后压力的限压控制需求，将增压压力限压map值作为其期望值，设计了基于神经网络算法的涡轮增压排气阀PID控制器，进而实现增压压力能够保持在其限压值附近的控制要求。最终，通过节气门开度和涡轮增压排气阀开度的联合控制，实现了发动机的扭矩需求。最后，分别在Simulink涡轮增压发动机模型和发动机动力学仿真软件enDYNA中进行了仿真分析，仿真结果验证了本文设计的气路控制系统的有效性。