在有效减少汽车交通事故的措施中，汽车主动安全占主要地位。旨在改善夜间道路交通环境的汽车LED自适应前照灯系统（LED Adaptive Front-Lighting System，简称LEDAFS）是目前道路交通安全与汽车主动安全性设计领域中的重点研究方向之一。LEDAFS主要由照明光学系统与照明控制系统组成，它的特点是通过照明光束随汽车行驶状况及车身状态的改变，来满足驾驶员在不同环境下对照明的需求，提高汽车夜间行车的安全性能。然而，在照明光学方面，现有的LEDAFS照明光学系统设计沿用传统的灯丝映像法，即通过基于“鱼骨曲线”的经验调节法，来形成法规规定的反射器曲面面型和近光灯配光特性，由于其未考虑光能量的传递与分配，致使其照明光学系统产生光能利用率低的问题；在照明控制系统方面，常用的LEDAFS控制系统仍存在实时辨识性差和实时响应速度慢、控制精度与稳定性差的难题，为此，论文提出基于微元能量映射的汽车LED自适应前照灯节能与安全照明原理及其方法。首先，论文根据非成像光学原理和AFS形状不对称、照度非均匀的法规特点，针对能量网格法在光学透镜自由曲面构型时存在迭代偏差角和光能损耗大的问题，提出了基于微元能量映射的LED节能照明机理，即在建立光源与目标微元光型能量对应关系的基础上，以使迭代表面法矢量与Snell折射法矢量相等为目标，来设计球面迭代规则和离散求解光学透镜自由曲面数据，抑制曲面构型误差所产生的能量扩散或能量集中现象，提高LEDAFS光学系统的光能量利用率。在此基础上，分析了满足法规要求的LEDAFS光型特点，提出了截止线、加宽、强光以及标识牌四种光型照明模块的自由曲面透镜外表面设计方法。为了保证截止线光型照明模块的光能利用率，研究了基于直接投射式的截止线光型透镜的照明机理，并将其应用于截止线光型照明模块的设计中。接着，根据全内反射（TIR）的光能收集特点，提出全内反射（TIR）式补光灯照明模块的自由曲面透镜设计方法。之后，根据基于微元能量映射的几何光型叠加和自由曲面透镜的设计方法，以ECE R123配光光型和光能量利用率为目标，设计了截止线、加宽、强光以及标识牌四种光型照明模块，利用Tracepro软件建立了相应仿真模型，并以此对截止线、加宽、强光以及标识牌四种光型照明模型进行了光型叠加仿真实验与分析，确定了各模块LED的功率以及截止线、加宽、强光、标识牌四种光型的各模块组合模式。围绕传统的前照灯弯道照明随动系统存在机械与控制系统响应滞后，导致产生实际前照灯转角滞后驾驶员意图，弯道照明存在暗区，影响主动照明的安全性的问题，分析了汽车进入弯道时方向盘转角及其变化速率、车速、弯道半径与前照灯转角之间的关系，讨论了汽车在转弯行驶过程中横摆角速度对前照灯转角的影响，提出了基于驾驶员意图的汽车LEDAFS照明预测控制方法，设计了汽车LEDAFS安全照明转向系统，讨论了转向机械系统中的各级齿轮的力矩传递规律。接着，建立了包括预测模型、滚动优化和反馈校正的LEDAFS安全照明预测模型，并利用Simulink对该LEDAFS转向系统进行了预测控制仿真分析。最后，研制了四种光型照明模块中的透镜与反射器，搭建了基于微元能量映射的LEDAFS照明实验系统，并以此对汽车LED自适应前照灯节能与安全照明机理进行了可行性验证。