指南车的发明最早记录出自5000年前黄帝传说中，不过其后又有历史典籍显示三国时马钧是第一个成功地制造指南车的人。《宋史·舆服志》则详细地记载了燕肃和吴德仁所造指南车的结构和技术规范，成为世界史上最宝贵的工程学文献。
燕肃的指南车是一辆双轮独辕车，车上立一木人，伸臂指南。车中，除两个沿地面滚动的车轮外，尚有大小不同的7个齿轮。由齿数、转动数，并保证木人指南的目的，可见古人掌握了关于齿轮匹配的力学知识和控制齿轮离合的方法。车轮转动，带动附于其上的垂直齿轮，该附轮又使与其啮合的小平轮转动，小平轮带动中心大平轮。指南木人的立轴就装在大平轮中心。当车转弯时，车辕会自动控制车上的离合装置，即竹绳、滑轮和铁坠子，就可以控制大平轮的转动，从而使木人指向不变。
按照自动控制系统来分析就是车辆转弯时，齿轮系就要补偿车辆转弯带来的方向转动， 按照自动控制系统的术语来讲指南车系统就是一个前馈控制。