原理介紹
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，根據天象將木人的手指向南方，以後不管車向東還是向西轉，由於車內有一種能夠自動離合的齒輪系定向裝置，
指南車
記載文獻
謂黃帝作。晉崔豹《古今注》卷上：“大駕指南車，起黃帝與蚩尤戰於涿鹿之野。蚩尤作大霧，兵士皆迷。於是作指南車以示四方，遂擒蚩尤而即帝位。” 謂風后作。《太平御覽》卷十五引《志林》：“黃帝與蚩尤戰於涿鹿之野。蚩尤作大霧彌三日，軍人皆惑。黃帝乃令風后法斗機，作指南車，以別四方，遂擒蚩尤。” 謂玄女作。《事物紀原》卷二引《黃帝內傳》 ：“玄女為帝制司南車，當其前。” 謂周公作。《太平御覽》卷七七五引《鬼谷子》：肅慎氏獻白雉於文王。還，恐迷路問，周公因作指南車以送之。
詳細解釋
中國古代用來指示方向的車。相傳黃帝與蚩尤戰於涿鹿之野蚩尤作大霧兵士皆迷。黃帝作指南車以示四方遂擒蚩尤。又周初越裳氏來貢使者迷其歸路周公賜以軿車皆為司南之制。後東漢張衡﹑三國魏馬鈞﹑南朝齊祖沖之皆有造指南車之事。唐元和中典作官金公立曾上指南車﹑記里鼓。宋天聖五年燕肅又創意造車大觀元年吳德隆亦獻制車之法。自晉代以後皇帝車駕鹵簿多用指南車為前導。宋岳珂《愧郯錄·指南記里鼓車》記其形制甚詳。參閱晉崔豹《古今注·輿服》﹑《晉書·輿服志》﹑《宋書·禮志五》﹑《宋史·輿服志一》。
歷史
指南車示意圖相傳早在5000多年前，黃帝時代就已經發明了指南車，當時黃帝曾憑著它在大霧瀰漫的戰場上指示方向，戰勝了蚩尤。西周初期，當時南方的越棠氏人因回國迷路，周公就用指南車護送越棠氏使臣回國。三國馬鈞所造的指南車除用齒輪傳動外，還有自動離合裝置，是利用齒輪傳動系統和離合裝置來指示方向。在特定條件下，車子轉向時木人手臂仍指南。在技術上又勝記里鼓車一籌。
據考證，三國魏馬鈞於青龍3年（235年）創造指南車，雖有記載，但造法失傳。東晉安帝義熙十三年（417年），劉裕北伐進兵長安，後秦姚興使令狐生製造指南車。北魏的郭善明也曾研發過，未成，扶風人馬岳又造，垂成，善明鴆殺之。南朝的祖沖之又發明一次，《南齊書•祖沖之傳》：“初，宋武平關中，得姚興指南車，有外形而無機巧，每行，使人於內轉之。升明中，太祖輔政，使沖之追修古法。沖之改造銅機，圓轉不窮，而司方如一，馬鈞以來未有也。”《宋史•輿服志》對指南車的機械結構，作了比較具體的記述，此車僅用為帝王出行的儀仗。宋、金兩朝的燕肅與吳德仁等科學家都研製出指南車，但之後又失傳了。《宋史·輿服志》對其機械構造有具體記載 。宋代造法有天聖五年（1027）燕肅所獻傳統做法和大觀元年（1107)內侍省吳德仁所獻車制兩種。指南車的創造標誌著中國古代在齒輪傳動和離合器的套用上已取得很大成就。指南車是古代一種指示方向的車輛，也是古代帝王出門時，作為儀仗的車輛之一，以顯示皇權的威武與豪華。
發明
指南車功能指示圖最早的記錄還得從5000年前黃帝大戰蚩尤的傳說說起。據說黃帝和蚩尤作戰三年，進行了72次交鋒，都未能取得勝利。在一次大戰中，蚩尤在眼看就要失敗的時候，請來風伯雨師，呼風喚雨，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，制止了風雨，才使得軍隊得以繼續前進。這時詭計多端的蚩尤又放出大霧，霎時四野瀰漫，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。並馬上召集大臣們商討對策。應龍、常先、大鴻、力牧等大臣都到齊了，唯獨不見風后。有人懷疑風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，仍不見風后的蹤影，黃帝只好親自去找。當黃帝來到戰場上時，只見風后獨自一人在戰車上睡覺。黃帝生氣地說：“什麼時候，你怎么在這裡睡覺？”風后慢騰騰地坐起來說：“我哪裡是在睡覺，我是正在想辦法。”接著，他用手向天上一指，對黃帝說：“你看，為什麼天上的北斗星，斗轉而柄不轉呢?臣聽人說過，伯高在採石煉銅的過程中，發現過一種磁石，能將鐵吸住。我們能不能根據北斗星的原理，製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：“原來你躺在這裡就是想的這個。”黃帝把風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。然後，就由風后設計，大家動手製作。經過幾天幾夜奮戰，終於造出了一個能指引方向的儀器。風后把它安裝在一輛戰車上，車上安裝了一個假人，伸手指著南方。風后告訴所有的軍隊：“打仗時一旦被大霧迷住，只要一看指南車上的假人指著什麼方向，馬上就可辨認出東南西北。”
不過其後又有歷史典籍顯示三國時馬鈞是第一個成功地製造指南車的人。《宋史·輿服志》則詳細地記載了燕肅和吳德仁所造指南車的結構和技術規範，成為世界史上最寶貴的工程學文獻。
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。由齒數、轉動數，並保證木人指南的目的，可見古人掌握了關於齒輪匹配的力學知識和控制齒輪離合的方法。車輪轉動，帶動附於其上的垂直齒輪 (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。當車轉彎時，只要操作車上離合裝置，即竹繩、滑輪(分別居於車左或車右的小輪) 和鐵墜子，就可以控制大平輪的轉動，從而使木人指向不變，例如，當車向右轉彎，則其前轅向右，後轅必向左。此時只要將繞過滑輪的後轅端繩索提起，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。由於各個齒輪匹配合理，車輪轉向的弧度與大平輪逆轉弧度相同，故木人指向不變。
其後，吳德仁鑒於燕肅所制的指南車不能轉大彎，否則指向就失靈這一大缺點，重新設計製作指南車。吳德仁指南車基本原理與燕肅一致，只是在附設裝置方面較為複雜。他的車分上下兩層。上層除木人指南外，繞木人還有二隻龜、四隻鶴和四個童子。上層13個相互嚙合的齒輪就是為它們設的。下層的齒輪裝置與結構如前所述，是他發明了繩輪離合裝置，以保證車轉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後指出：無論如何，指南車是人類歷史上第一架有共協穩定的?看待時，它就是第一部摹控機械。
製法
指南車原理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。由齒數、轉動數，並保證木人指南的目的，可見古人掌握了關於齒輪匹配的力學知識和控制齒輪離合的方法。車輪轉動，帶動附於其上的垂直齒輪 (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。當車轉彎時，車轅會自動控制車上的離合裝置，即竹繩、滑輪(分別居於車左或車右的小輪) 和鐵墜子，就可以控制大平輪的轉動，從而使木人指向不變，
例如，當車向右轉彎，則其前轅(車把的前端,人手拖車的地方)向右，後轅(車把的尾端,和前轅之間有釘子釘住,好像蹺蹺板一樣)必向左。後轅連線兩根竹繩，這兩根竹繩分別繞過兩個處與同一水平面上的滑輪（滑輪在左右小平輪之上），綁定在左右小平輪的軸上。此時後轅向左移動，通過竹繩和滑輪,把右小平輪拉起，從而與大平輪嚙合，大平輪就隨右小平輪而逆轉。同時拉左小平輪的竹繩鬆弛，以致左小平輪受重力影響而下落，從而與大平輪脫離開（其實左右兩個小平輪在車直走的時候都是出於大平輪下面，與大平輪分開，而現在的左小平輪距離大平輪更往下了）。這樣一來，車往右轉，左小平輪沒用，右小平輪使大平輪向左轉。由於各個齒輪匹配合理，車輪轉向的弧度與大平輪逆轉弧度相同，故木人指向不變。
其後，吳德仁鑒於燕肅所制的指南車不能轉大彎，否則指向就失靈這一大缺點，重新設計製作指南車。吳德仁指南車基本原理與燕肅一致，只是在附設裝置方面較為複雜。他的車分上下兩層。上層除木人指南外，繞木人還有二隻龜、四隻鶴和四個童子。上層13個相互嚙合的齒輪就是為它們設的。下層的齒輪裝置與結構如前所述，是他發明了繩輪離合裝置，以保證車轉大彎也不影響木人指向。
現代指南車
春秋時代的指南車，這些都是現代人記憶中的東西。在蘇州古代天文計時儀器研究所，筆者重新看到了這些東西。陳凱歌所長興奮地介紹了仿製過程。
陳所長應廣東科技館的要求改進制作了“指南車”，這輛車全部用紅木製作而成，車身的雕刻十分細膩傳神。另外，它還融入了現代技術，用雷射來標示南方。他說，這樣就更能激發觀眾的興趣。車高2米多，上面的小人手指南方，當車轉動時，車內齒輪一同轉動，使得小人的手永遠指向南方。
