車内信号
最も基本的な車内信号システムは、地上の装置と列車との機械的な接触によるものである。ニューヨーク市都市交通局やロンドン地下鉄などのいくつかの路線で現在でも使用されている、打子式ATSと呼ばれているものである。停止信号が現示されると、線路脇に備えられている打子と呼ばれるアームが立ち上がる。列車の台車には非常ブレーキのバルブが備えられている。停止現示の信号機を冒進すると、打子が非常ブレーキのバルブを開いて非常停止させる。
この方式のATSも、原始的なものではあるが車内信号の一種と言える。この方式では停止と進行の2現示しか存在しない。速度の制御はできず、運転台への信号の表示をせず、また実際に列車が信号を冒進してからでなければブレーキを動作させないが、それでもこのシステムがない場合に比べるとはるかに安全なものである。
シカゴ・アンド・ノース・ウェスタン鉄道(Chicago Northwestern)とイリノイ・セントラル鉄道(Illinois Central)は、2現示式のシステムをシカゴの郊外路線のいくつかに導入した。この車内信号では進行か制限かの情報を表示した。さらにシカゴ・ノースウェスタンは、エルムハースト(Elmhurst)と西シカゴの間の路線では中間の信号機を撤去して、車内信号だけに頼って運行するということも行った。
ペンシルバニア鉄道のシステムは、大規模に導入された唯一のものであったため、アメリカにおいてデファクトスタンダードとなり、現在用いられている車内信号システムはほぼこの方式である。近年、コミュニケーションベースの技術を利用して、路側設備や関連する従来の信号システムに関するコストを削減し、速度制限を強制し完全な停止を実現し、踏切の障害などにも対応する新しい車内信号方式が出現している。
新型の車内信号システムの最初のものとしては、ニュージャージー・トランジットが交通量の少ないパスカック・バレー線(Pascack Valley Line)に試験目的でGP40PH-2形ディーゼル機関車を使って導入した速度制御システム(SES: Speed Enforcement System)がある。
車内信号システムには3つの種類がある。
路側信号機に点制御の警報・制御装置を組み合わせたもの
連続制御の運転台の信号表示と速度制御装置
PTC(Positive Train Control)やその他の新しい技術を用いたシステム
典型的には、車内信号システムと言う場合には、連続制御の運転台での信号表示と速度制御装置のことを指す。しかし路側信号機に点制御の警報・制御装置を組み合わせたものも、広義には車内信号の一部とみなすことができる。
1920年代にペンシルバニア鉄道によって導入された車内信号システムが最初の広く使用された車内信号装置であり、北アメリカにおいて今でも広く用いられている。この方式は、レールに流される電気信号に基づいて機関車の運転台に連続的に信号現示を表示するようになっている。技術はペンシルバニア鉄道と関係の深い、ユニオン・スイッチ・アンド・シグナルによって開発された。
最初の試験導入はサンバリー(Sunbury)とルイスタウン(Lewistown)の間で行われ、線路に3つの現示(制限、接近、進行)に対応した誘導ループ線を設置して、60Hzの商用周波数の信号を流すようにした。試験導入では路側の閉塞信号機を外して車内信号だけに頼って運転するということも行われた。ペンシルバニア鉄道ではもう1つのループ式システムをノーザン・セントラル線のボルチモア(Baltimore)とハリスバーグ(Harrisburg)の間に1926年に導入し、こちらでは100Hzの信号電流を使った。
1927年にペンシルバニア鉄道は、誘導ループの代わりにパルスコードを使った新しい車内信号の試験を開始した。100Hzの信号電流のパルスがレール面から数インチの高さで先輪の前にあるセンサーで電磁誘導により検出されるようになっていた。コードは180ppmでCLEAR、120ppmでAPPROACH MEDIUM、75ppmでAPPROACH、0でRESTRICTINGを表す。パルスの周波数は、信号の反射で生じる高調波成分が誤現示を引き起こさないように、どの現示でも他の現示の周波数の倍数にならないように選択されている。