作为21世纪的新型光源，大功率LED（Light Emitting Diode）以其体积小、寿命长、光效高、节能环保、响应时间短等优点成为汽车前照灯的第四代光源。然而汽车近光灯光型要求特殊，不仅要有清晰的明暗截止线，还要求其重要点及重要区域达到特定的照度值，因而需要合适的近光灯光学系统。本课题详细介绍了LED的光源特性及自由曲面光学设计基础，对LED汽车前照灯光学系统的光学设计方法及其可行性进行了探索和研究。首先，根据LED光源的发光特性，设计了一种由椭球反射器、挡板和自由曲面透镜所组成的投射式LED汽车近光灯系统。基于非成像光学理论，建立LED光源经椭球反射器后的出射光线角度与照明平面上坐标的对应关系，结合折反射定律计算透镜自由曲面上点坐标，通过建模软件将坐标点拟合成曲面实体得到自由曲面透镜模型。将上述光学模型导入光学仿真软件进行仿真验证，仿真结果表明，其配光结果完全满足国家近光标准要求，且该系统体积小，视野广阔，光线利用率较高，验证了上述设计方法的正确性。其次，通过比较分析汽车前照灯的散热技术结合现实经济情况及加工难易程度选择了最适合的被动散热方案，制作铝质嵌铜管的散热器，将该散热器模型导入热学仿真软件，通过仿真软件模拟分析，最终验证该散热器可以应用在汽车近光灯，并且即使在恶劣的高温环境下，也能保证LED光源的温度不超过最高结温，正常工作。最后，设计LED远光灯光学系统，针对该LED汽车前照灯光学系统进行了验证试验。选取实际LED光源，制作了各光学元器件，组装各元器件后在暗室进行测试和分析，测试结果表明，实验得到的近光灯及远光灯光型完全满足国家标准，且各重要点及区域均能达到规定，从而在实践中验证了该种方法的可行性。