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得益于汽车行业和半导体产业的蓬勃发展,LED在汽车领域的应用备受关注,基于LED的汽车前照灯尤为研究热点。相较于传统光源,LED用作汽车前照灯光源具备更大优势。LED的节能长寿利于降低汽车成本,LED的低响应时间提高行车的安全系数,LED小巧的体积便于汽车轮廓的流线型设计,LED的环保无污染推进汽车的“绿色”发展。此外,近年来LED光效、亮度的提高和成本的降低使LED在汽车前照灯方面具备更强的应用潜力。尽管如此,基于LED的汽车前照灯设计也面临着一定挑战。就光学方面而言,LED的光源特性不同于传统光源,针对传统光源设计的前照灯光学系统不再适用于LED,因此需重新设计针对LED的汽车前照灯。基于这样的目的,本文就LED汽车前照灯的光学设计进行探索性的研究,完成了以下工作。首先重点研究了LED汽车前照灯的组成、分类、发展历程和研究现状,简要对比了世界两大汽车法规标准——欧洲经济共同体的ECE标准和美国汽车工程师协会的SAE标准,仔细探究了我国LED汽车前照灯的配光标准GB25991-2010,并基于该标准计算了近光光束的水平垂直扩展角和LED汽车前照灯光学系统的最小尺寸。其次推导了简单的光线追踪过程,探究了蒙特卡罗光线追踪法的基本思想,研究了Lucidshape里多曲面反射器的建模原理。利用车灯软件Lucidshape分别设计了基于LE UW U1A4 01 LED的两款多曲面反射器做汽车前照灯的远近光灯,光学尺寸都为72mm?45mm,光能利用率分别为86.9%和76.3%。配光结果都符合国家标准GB25991-2010。再者设计了符合GB25991-2010的基于TIR(全内反射透镜)阵列的LED远光灯。首先利用折反射定律的矢量公式推导出TIR剖面轮廓线的数值表达式,通过matlab计算和solidworks建模得到直径为22.12mm的TIR。然后分别设计了基于1mm?1mm朗伯型LED面光源的3?4 TIR阵列和基于直径3.5mm的Cree XLamp XPE LED的4?5 TIR阵列作远光灯,利用光学设计软件Tracepro进行仿真实验,所得配光结果都符合GB25991-2010,而光能利用率分别为90.6%和89.7%。同时提出了利用TIR透镜设计近光灯的方法,然而未成功验证设计的可行性。