随着汽车造型趋向于流线型、运动型的扁平化发展,汽车造型对车灯的尺寸要求也越来越严格,目前在中低端汽车中,汽车前照灯存在光效利用率低、整体尺寸较大的问题。由于各种法规标准的限制,传统的前照灯设计的结构难以进一步优化前照灯的设计。因此根据目前汽车前照灯设计发展情况,本文提出并设计了一款基于复眼透镜的汽车前照灯光学系统,通过非成像光学系统设计理论及自由曲面设计方法,分析优化了汽车近光灯和远光灯光学系统的设计方法和结构,在符合国家法规标准的前提下,实现了提高光效利用率和尽量缩小整体体积的目标。本文的主要研究内容包括:1.近光灯光学系统。设计一款基于复眼透镜阵列结构的近光灯光学系统,通过非成像光学设计理论和自由曲面设计方法,对近光灯复眼透镜自由曲面进行建模。同时选定了合适的LED芯片光源,根据法规要求对此结构进行模拟、改进和优化。主要完成了对TIR复眼透镜、明暗截止线挡板和外部大透镜及外透镜花纹的设计。其中TIR复眼透镜结构由TIR准直透镜及计算所得的自由曲面阵列组成,在实现光型分布的同时达到均匀度要求。并对仿真模拟结果进行数据分析,得出近光灯系统的光通量达到了924 lm,且其光效利用率达到了77%,比目前常用的近光灯系统光效利用率提高了20%-30%。验证了所实现的仿真模拟结果符合国家标准法规要求。2.对远光灯光学系统进行设计。设计了一款与近光灯光学系统共用一组外部透镜的远光灯光学系统。通过非成像光学设计理论和自由曲面设计方法,对远光灯的复眼透镜自由曲面进行建模。进行仿真模拟,并对模拟结果进行研究分析,得出远光灯系统的光通量数值为682 lm,其光效利用率在81.2%,比目前常用远光灯光学系统的光效利用率提高5%到10%,且强光区域照度为111 lx,与法规进行测试比较,得出了此仿真模拟结果符合国家标准法规要求的结论。3.样灯实物测试。对设计的产品进行快速样件实物测试并对实物测试结果进行法规检查和路照分析。将仿真结果和实物测试结果进行对比,其近光灯光学系统的实测光通量达到了856 lm,达到模拟值的92%,且其光效利用率达到了72.3%,比目前常用的近光灯系统光效利用率提高了15%-25%。此设计的远光灯系统实物测试结果达到了仿真模拟结果的91.8%,且其光效利用率达到了74.5%总光通量为626.1 lm,其强光区为102 lx。近光灯系统和远光灯系统分别通过法规测试实验,验证了两套系统均符合国家要求配光标准。整体尺寸为80mm×60mm×64mm,在尺寸设计上相较于传统前照灯模组缩小了5%-10%。根据法规检测结果得出,两套系统均达到法规各项要求,其实物测试结果验证了设计的可靠性和合理性。4.根据仿真结果及实物测试结果进行了对比分析,在实物装配和软件仿真上进行误差分析,得出误差来源及后期优化方向。本文实现了一款远近光一体的前照灯光学系统,通过采用由TIR准直系统、自由曲面复眼透镜结构、挡板和非球面透镜构成的系统,实现了提高光效利用率、同时减小模组尺寸的目标。相比传统的设计方法,其近光灯系统光效利用率达到了72.3%,远光灯系统光效利用率达到了74.5%,且达到了减小整体模组尺寸的好处。经实验验证该方案符合法规规定,且制作工艺简单,为车灯设计提供了新思路。