随着LED技术的不断提升,LED光源越来越多地应用于汽车照明领域。但LED光源发光特性与传统照明光源有着本质区别,需要对LED光源进行二次光学设计,而现有车灯光学系统存在光能利用率、光斑色温稳定性、光斑均匀性以及近光灯截止线清晰度等问题,因此,研究具有高光能利用率、高光斑色温稳定性的LED前照灯光学系统,具有重要应用价值。基于非成像光学理论,提出了满足国标要求的双自由曲面LED汽车前照灯光学设计方法,研制了双自由曲面LED汽车前照灯光学系统,设计了前照灯系统中远光灯/近光灯的双自由曲面光学透镜。按照国家标准中对照明区域的照度要求,计算LED光源的发射光线和目标平面的映射关系,双自由曲面能准确地分配光强和控制发光角度,使能量映射的对应关系更加准确,根据能量守恒定律和迭代计算公式,计算出自由曲面上离散点的坐标,将离散点用三维软件建模,采用光学软件对透镜模型进行了仿真计算,仿真结果表明双自由曲面具有的优越性。采用有限元软件对光学系统结构进行了温度场计算,使光学系统结构能满足芯片散热要求。在此基础上制造出了双自由曲面透镜的前照灯光学系统样品,实验测试结果与仿真结果相符,通过了国家标准测试,且光斑色温稳定,验证了双自由曲面透镜的优越性,证实了双自由曲面透镜的可加工性,可在汽车照明领域大范围推广。