Ехать в вагоне — какой падеж?

Предложный падеж.

Объяснение простое: предлог «в» может требовать либо винительного (направление — куда?), либо предложного (место — где?). В сочетании «ехать в вагоне» речь о нахождении внутри пространства во время движения — то есть о месте (где?), поэтому форма «в вагоне» стоит в предложном падеже.

Для сравнения:

• зайти в вагон — винительный (направление, куда?);

• сидеть в вагоне / ехать в вагоне — предложный (место, где?).

Морфологически это видно по окончанию: вагон → в вагон (вин.), но в вагоне (предл.). Аналогично: ехать в автобусе, в трамвае, в поезде — везде предложный.