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《宋史·舆服志》里记载了燕肃制作的指南车结构，它是利用离合原理来实现指南的。然而这种指南车在转弯的时候必须先停下来，原地转完之后才能继续前行，这在使用时是非常不便的。而且，它的误差也比较大，远没有古籍中说的那么神。于是一些学者认为古代的指南车应该采用了差动轮系，转弯的时候就不必停下了，误差也比燕肃指南车要小很多。其原理，简单来说就是根据左右轮转动速度的差来调整小木人的指向，使之保持指向南方。差动轮系是指具有两个或两个以上自由度的轮系，也就是说它可以有两个输入。图中车上的齿轮所组成的就是一个差动轮系，两个车轮就是两个输入，车上的小木人则是输出。我们先来看它的左边部分，如图，左边的车轮上固定有一个齿轮，这个齿轮通过一个惰轮带动中间的齿轮。再看它的右边部分，如图，和左边不一样的是它中间是上下两个固定在一起的齿轮，下面的齿轮由附在车轮上的齿轮驱动，再通过上面的齿轮，带动中间的齿轮转动。最后看它的中间部分。首先是最下面的齿轮，实际上是由一个直齿轮和一个锥形齿轮组成。接着是四个行星轮，中间的竖杆和行星架固定在一起，当行星轮公转的时候竖杆就会跟着旋转，从而带动其顶部的小木人旋转。最后是上面的齿轮，和下面的齿轮一样，它也是由一个直齿轮和一个锥形齿轮组成的。当指南车行进时，上下两个齿轮的转向是相反的。当它们的转速相等时，也就是指南车直行时，行星轮只做自转，行星架不动，竖杆也不动。当指南车转弯时，左右轮的转速不一样，中间部分上下两齿轮的转速也就有了差异，行星轮除了自转之外还会公转，并使行星架转动，从而使竖杆和其顶部的小人转动。最后，控制各齿轮间的传动比，使小人的转动正好抵消车身的转动，便可实现小人一直指向南方。

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