home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / rec / autos / driving / 7667 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1993-01-28  |  9.9 KB  |  193 lines

  1. Newsgroups: rec.autos.driving
  2. Path: sparky!uunet!scifi!acheron!philabs!linus!agate!usenet.ins.cwru.edu!magnus.acs.ohio-state.edu!bqueiser
  3. From: bqueiser@magnus.acs.ohio-state.edu (Brian J Queiser)
  4. Subject: Re: Can I install wider tyres than what specified by the auto-maker?
  5. Message-ID: <1993Jan28.174348.17828@magnus.acs.ohio-state.edu>
  6. Sender: news@magnus.acs.ohio-state.edu
  7. Nntp-Posting-Host: bottom.magnus.acs.ohio-state.edu
  8. Organization: The Ohio State University
  9. References: <1k26mlINN7l6@ariel.ucs.unimelb.EDU.AU> <1993Jan26.213020.24807@odi
  10. Date: Thu, 28 Jan 1993 17:43:48 GMT
  11. Lines: 180
  12.  
  13.  
  14. *** Warning:  This post is long.  It's my $0.02 about tires and width and
  15.     all that.  You could learn something and/or help me out if I am
  16.     off base on anything.  Hit 'n' now if you`re not interested.
  17.  
  18. met@ariel.ucs.unimelb.EDU.AU (Meteorology General) writes:
  19. >mikesteg@syclone.detroit.sgi.com (Mike Stegbauer) writes:
  20. >>met@ariel.ucs.unimelb.EDU.AU (Meteorology General) writes:
  21.  
  22. >>>If your going from a 195-60-15 to a 205-60-15, the 205 will be taller.
  23. >>>This will affect your speedo.  You might try looking at a 205-55-15.
  24.  
  25. >>I think we are missing the point here guys. The subject line says WIDER
  26. >>tyres.  Ok, let's think about it.  Friction (grip) only depends on two 
  27. >>things, weight and the coefficient of friction for the surfaces, NOT the 
  28. >>area of contact.  This is because, as area increases, the weight per unit 
  29. >>area decreases proportionally, and the terms cancel.
  30. >>This being the case, wider tires will not increase grip, only better tires, 
  31. >>or more weight on top on them.
  32. >>This is closely related to why FWD cars drive well in snow, there is more 
  33. >>weight over the drive wheels to push them into, and through the snow.
  34.  
  35. >Sorry Mike, but I have to disagree with you here. The formula surely (yes,
  36. >yes; dont call me Shirly) is not that simple. (Take it from someone who did
  37. >a few years of physics - nothing is that simple.) If you want to use an
  38. >analogy; then why do F1 cars, and all racing cars for that matter, have
  39. >wider tyres? Yes the tyres are "stickier", but then the width enables
  40. >more "stickiness" to be applied to the road (Well, you know what I mean -
  41. >bit of a hand-waving argument I know). The case of the narrow tyres in
  42. >snow is a completely different matter - you're not getting your grip from
  43. >the tyre sticking to the surface, but rather from the increased force per
  44. >unit area "pushing" the tyre into the snow and creating its own rut/groove
  45. >in which the tyre travels. Sort of like making your own railway track
  46. >as you go along.
  47.  
  48. First things first.  If that guy is running 195/60R15s, then putting on
  49. 205/60R15s is going to mean about a 2% difference in circumference of the
  50. tire.  Considering that the speedo is lucky to have about a +/- 2% error
  51. and the roughly 0.5" of tread that you can wear off a tire's diameter, that
  52. 2% difference in circumference isn't going to mean squat.  In fact, it could
  53. make his speedo more accurate.  Who knows, and who cares?  Stick a pitot
  54. static tube on your hood if you really wanna know your speed.  :^)
  55.  
  56. Second, there is no such thing as an exact tire science.  The definition
  57. of friction that is given above is correct.  That is, with a given mass
  58. and constant coefficents of friction of the surfaces in contact, friction
  59. force will not be dependent on contact area.
  60.  
  61. That's the basics.  It gets very fuzzy after that.  But I have studied this
  62. a little, so I think I can impart some more information; please correct me
  63. if I am wrong.
  64.  
  65. I like to think of friction and traction as two closely related, but 
  66. different things.  Generally, people think of them as the same thing.  
  67. But what about rolling friction?  What about snow and rain and ice?  
  68. What about temperature?  Just why are those Indy tires so wide?
  69.  
  70. Well, to start with, remember that the coefficient of friction increases
  71. with temperature.  This helps explain why Indy drivers snake around during
  72. the pace laps.  Also remember that as the tire temp increases, so does
  73. the pressure inside (PV=nRT and all that).  These temp increases are
  74. enough that they significantly affect handling and performance.
  75.  
  76. Street tires have grooves.  The grooves are cut in very deliberate
  77. patterns.  Longitudinal grooves collect and channel water to prevent
  78. hydroplaning.  Lateral grooves help cut into snow and mud; they also
  79. channel water to the longitudinal grooves.  There are also cuts in
  80. modern tires.  Cuts help grip ice.  This is easy enough to understand,
  81. but why, exactly, is friction increased because of these grooves and cuts?
  82. Well, this is what I mean when I say "traction."  Water is a lubricant
  83. between the road and the tire, so you want it out of the way; you remove
  84. the lubricant (water) and you are almost back to the surface contact
  85. you had on a dry road.  "Almost" because you can't possibly remove *all*
  86. the water.  Snow, mud, and ice also have lower coefficients of friction.
  87. But what if you can create your own asperities in the mud and snow and
  88. grip the tiny asperities in the ice?  That's exactly what the lateral
  89. grooves and the tiny cuts do to the snow/mud and the ice respectively.
  90. Effectively, the coefficient of friction is increased; thus, more
  91. "traction."  Also, what helps in the snow is a skinny tire.  The smaller
  92. contact area does two things:  first, it cuts through snow to get to
  93. the road; second, it puts more force per unit area on the snow it is
  94. riding on, therefore compacting it tighter and creating stiffer asperities
  95. with its lateral grooves.  Wide tires help in the mud and sand.  The
  96. reason is opposite the logic behind skinny tires for the snow:  you
  97. don't want to cut into the mud/sand and get bogged down.  Therefore,
  98. you can clearly see that width does matter to traction, but not exactly
  99. as described by the "rut/groove" explanation above.
  100.  
  101. Rolling friction is that force that best describes the type of friction
  102. we are talking about.  This is the real meat of tire design today.
  103. Coulomb defined rolling friction a long time ago and the SAE still uses
  104. his original equation.  Basically, you can reduce/increase rolling friction
  105. a few ways.  Tire compound matters.  Width matters.  Pressure matters.
  106. Aspect ratio matters.  Speed matters.  Some of these relationships are
  107. intuitive, like the tire compound factor.  A soft rubber will intuitively
  108. have a higher coefficient of friction with the road surface since it can
  109. deform around the asperities in the road surface more easily, making it
  110. more difficult to "scrub" the surface.  The pressure factor is somewhat
  111. intuitive since higher tire pressures decrease rolling friction.  What
  112. this does is make the tire more "solid," effectively more rigid, less
  113. pliable to the road surface.  A tire with increased pressure will
  114. effectively "roll over" asperities more easily, in other words.  Decreasing
  115. the pressure allows the tire to form around the asperities.  What is
  116. counterintuitive is the width and the aspect ratio factors.  Matter of
  117. factly, increased width and lower aspect ratios *decrease* rolling friction.
  118. I wish I could fully explain why, but the truth is, very few people
  119. actually could.  Finally, the faster you go, the less rolling friction
  120. you'll encounter.
  121.  
  122. So.  What are the conclusions here?
  123.  
  124.  1.)  Increasing tire width, keeping all other factors constant,
  125.       will not increase traction on a dry road.  It will reduce
  126.       rolling friction, possibly increasing mileage (although
  127.       doubtfully significant).
  128.  
  129.  2.)  "Stickier" rubber compound most effectively increases traction on
  130.       a dry road.  Additional thrust may be applied to the road asperities
  131.       in the direction opposite the direction of travel, however,
  132.       rolling friction is increased since the asperities in front
  133.       of the tire are more difficult to get over.
  134.  
  135.  3.)  Wider tires will reduce traction in the snow and rain.
  136.  
  137. Okay. So now what about Indy tires and the like?
  138.  
  139.  1.)  Racing tires have rubber compounds that have increased
  140.       coefficients of friction (they're "stickier").  This gives them
  141.       more traction as described in 2.) above.
  142.  
  143.  2.)  Racing tires are wide to increase stability and handling
  144.       performance as well as reduce rolling friction.
  145.  
  146.       * Remember, tires don't have forces applied to them only
  147.         in the direction of travel.  Racing involves a lot of
  148.         forceful maneuvers that dictate wider tires for stability
  149.         and control.  This not entirely removed from discussions
  150.         about friction, but it is definently another stroy.
  151.  
  152.  3.)  Dragsters have so little pressure in their tires that they
  153.       literally balloon when spun hard.  This gives them more
  154.       traction by way of pavement pounding.  :^)
  155.  
  156.  4.)  Wider tires distribute the thrust loads more, reducing the
  157.       wear on the compound itself.  For instance, given a soft rubber
  158.       compound on skinny tire (A) and wide tire (B).  I install
  159.       each set of tires on my two identical Lola-Fords.  I floor
  160.       it.  Car (A) melts and shreds the tires in an instant.
  161.       I give them a treadwear rating of zero.  Car (B), however,
  162.       grips, and I am off to a day at the races.  
  163.  
  164.  5.)  Wider tires give you the opportunity to use "stickier" rubber.
  165.       (See 4.))
  166.  
  167. Finally, how does this apply to the real world?
  168.  
  169. Tire companies are producing "low rolling resistance" tires these days.
  170. They have special rubber compounds and require higher internal pressures.
  171. Above about 40mph, these tires can really save gas, that's why they are
  172. generlly OEM equipment on economy and family cars.  Every 0.5mpg is
  173. worth millions of dollars by CAFE standards.
  174.  
  175. Well, I hope this helps.  Again, I welcome corrections and/or additions
  176. because this is sort of a technical hobby for me.  I know it was long,
  177. but I get tired of seeing them same subject come up and inadequate,
  178. incomplete, or incorrect answers given.
  179.  
  180. Have a good one.
  181.  
  182. Regards,
  183.  
  184. Brian
  185.  
  186. bqueiser@magnus.acs.ohio-state.edu
  187. ------------------------------------------------------------------------
  188. I am the engineer, I can choose K.
  189. ------------------------------------------------------------------------
  190. Department of Engineering Mechanics
  191. Ohio State University
  192. Columbus, OH
  193.