随着LED技术的迅猛发展，LED光源在汽车照明中获得越来越广泛的应用，由于LED光源发光特性不同于传统光源，为满足国家标准的配光要求，需对基于LED光源的汽车照明系统进行二次光学设计。因此，基于LED光源的汽车照明系统的研究具有重要的实际应用价值。基于微透镜阵列的自由曲面具有灵活的空间布局和自由度，能简化光学系统结构，提高光能利用率。尤其在车灯照明光学系统中，可以很好地分配光强和控制发光角度，适用于LED光源汽车前照灯光学系统设计，论文对基于微透镜阵列LED汽车前大灯照明系统的设计进行了研究。文中对LED汽车前照灯的应用现状及发展前景进行了分析，对我国《汽车用LED前照灯》（GB25991-2010）国家标准进行了总结，提出了基于微透镜阵列LED汽车前大灯照明系统的设计方法，通过LED光源发出的光经过光学准直系统后形成平行光束，并将平行光束经微透镜阵列结构进行配光处理后出射。根据LED光源的空间光强分布和LED汽车前照灯的配光要求，利用非成像光学理论和能量守恒定律计算求解出基于微透镜阵列的自由曲面数据。通过三维模型软件将求得的面型数据拟合为自由曲面光学模型，并将该模型导入到光学仿真软件中进行模拟仿真，验证了该设计方法的正确性。在此基础上，研制了基于微透镜阵列LED汽车远光灯光学系统并进行了测试，测试结果完全符合国家标准的要求，验证了基于微透镜阵列LED汽车远光灯系统的设计方法是可行的，可广泛应用于LED汽车前照灯系统中。