指南車，又稱司南車，是中國古代用來指示方向的一種機械裝置。它利用差速齒輪原理，它與指南針利用地磁效應(yīng)不同，它是利用齒輪傳動系統(tǒng)，根據(jù)車輪的轉(zhuǎn)動，由車上木人指示方向。不論車子轉(zhuǎn)向何方，木人的手始終指向南方，“車雖回運而手常指南”。

    指南車的原理

    指南車與司南、指南針等相比在指南的原理上截然不同。它是一種雙輪獨轅車。車上立有一個木人，一手伸臂直指，只要在車開始移動前，根據(jù)天象將木人的手指向南方，以后不管車向東還是向西轉(zhuǎn)，由于車內(nèi)有一種能夠自動離合的齒輪系定向裝置，木人的手臂始終指向南方。

    指南車的發(fā)明

    指南車的最早的記錄還得從5000年前黃帝大戰(zhàn)蚩尤的傳說說起。據(jù)說黃帝和蚩尤作戰(zhàn)三年，進行了72次交鋒，都未能取得勝利。在一次大戰(zhàn)中，蚩尤在眼看就要失敗的時候，請來風(fēng)伯雨師，呼風(fēng)喚雨，給黃帝軍隊的進攻造成困難。黃帝也急忙請來天上一位名叫旱魃的女神，施展法術(shù)，制止了風(fēng)雨，才使得軍隊得以繼續(xù)前進。這時詭計多端的蚩尤又放出大霧，霎時四野彌漫，使黃帝的軍隊迷失前進的方向。黃帝十分著急，只好命令軍隊停止前進，原地不動。并馬上召集大臣們商討對策。應(yīng)龍、常先、大鴻、力牧等大臣都到齊了，唯獨不見風(fēng)后。有人懷疑風(fēng)后是不是被蚩尤殺害了。黃帝立即派人四下尋找，可是找了很長時間，仍不見風(fēng)后的蹤影，黃帝只好親自去找。當(dāng)黃帝來到戰(zhàn)場上時，只見風(fēng)后獨自一人在戰(zhàn)車上睡覺。黃帝生氣地說："什么時候，你怎么在這里睡覺?"風(fēng)后慢騰騰地坐起來說："我哪里是在睡覺，我是正在想辦法。"接著，他用手向天上一指，對黃帝說："你看，為什么天上的北斗星，斗轉(zhuǎn)而柄不轉(zhuǎn)呢?臣聽人說過，伯高在采石煉銅的過程中，發(fā)現(xiàn)過一種磁石，能將鐵吸住。我們能不能根據(jù)北斗星的原理，制造一種會指方向的東西，有了這種東西就不怕迷失方向了。"黃帝一聽笑著說："原來你躺在這里就是想的這個。"黃帝把風(fēng)后的這個想法告訴眾臣，大家議論了一番，都認為這是一個好辦法。然后，就由風(fēng)后設(shè)計，大家動手制作。經(jīng)過幾天幾夜奮戰(zhàn)，終于造出了一個能指引方向的儀器。風(fēng)后把它安裝在一輛戰(zhàn)車上，車上安裝了一個假人，伸手指著南方。風(fēng)后告訴所有的軍隊："打仗時一旦被大霧迷住，只要一看指南車上的假人指著什么方向，馬上就可辨認出東南西北。"

    不過其后又有歷史典籍顯示三國時馬鈞是第一個成功地制造指南車的人?！端问贰ぽ浄尽穭t詳細地記載了燕肅和吳德仁所造指南車的結(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)范，成為世界史上最寶貴的工程學(xué)文獻。

    燕肅的指南車是一輛雙輪獨轅車，車上立一木人，伸臂指南。車中，除兩個沿地面滾動的足輪(即車輪)外，尚有大小不同的7個齒輪。《宋史·輿服志》分別記載了這些齒輪的直徑或圓周以及其中一些齒輪的齒距與齒數(shù)。由齒數(shù)、轉(zhuǎn)動數(shù)，并保證木人指南的目的，可見古人掌握了關(guān)于齒輪匹配的力學(xué)知識和控制齒輪離合的方法。車輪轉(zhuǎn)動，帶動附于其上的垂直齒輪 (稱「附輪」或「附立足子輪」) ，該附輪又使與其嚙合的小平輪轉(zhuǎn)動，小平輪帶動中心大平輪。指南木人的立軸就裝在大平輪中心。當(dāng)車轉(zhuǎn)彎時，只要操作車上離合裝置，即竹繩、滑輪(分別居于車左或車右的小輪) 和鐵墜子，就可以控制大平輪的轉(zhuǎn)動，從而使木人指向不變，例如，當(dāng)車向右轉(zhuǎn)彎，則其前轅向右，后轅必向左。此時只要將繞過滑輪的后轅端繩索提起，使左小平輪下落，從而與大平輪離開；同時使右小平輪上升，從而與大平輪嚙合，大平輪就隨右小平輪而逆轉(zhuǎn)。由于各個齒輪匹配合理，車輪轉(zhuǎn)向的弧度與大平輪逆轉(zhuǎn)弧度相同，故木人指向不變。

    其后，吳德仁鑒于燕肅所制的指南車不能轉(zhuǎn)大彎，否則指向就失靈這一大缺點，重新設(shè)計制作指南車。吳德仁指南車基本原理與燕肅一致，只是在附設(shè)裝置方面較為復(fù)雜。他的車分上下兩層。上層除木人指南外，繞木人還有二只龜、四只鶴和四個童子。上層13個相互嚙合的齒輪就是為它們設(shè)的。下層的齒輪裝置與結(jié)構(gòu)如前所述，是他發(fā)明了繩輪離合裝置，以保證車轉(zhuǎn)大彎也不影響木人指向。

    李約瑟博士在對指南車的差動齒輪作詳細研究后指出：無論如何，指南車是人類歷史上第一架有共協(xié)穩(wěn)定的機械(homoeostatic machine) ；當(dāng)駕車人與車輛成一整體看待時，它就是第一部摹控機械。